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TECNOLOGÍA DE MEDIO AMBIENTE Y SOSTENIBILIDAD I INGENIERÍA TECNOLOGÍA INDUSTRIAL

TEMA 6

1. Tres partículas esféricas con la misma densidad tienen respectivamente de diámetros 1 µm, 4 µm y 10 µm. Calcular: 1.1. ¿Qué porcentaje respecto al número de partículas tienen dp < 5 µm? 1.2. ¿Qué porcentaje respecto a la longitud de las partículas tienen dp < 5 µm? 1.3. ¿Qué porcentaje respecto al área superficial de las partículas tienen d p < 5 µm? 1.4. ¿Qué porcentaje respecto a la masa de las partículas tienen d p < 5 µm? 2. Calcular el diámetro medio respecto al número de una distribución de partículas, sabiendo que la distribución respecto al peso viene dada por Dmedio = 20 µm y σ = 1.25. 3. Se desea formar partículas pequeñas de diámetro 0.01 µm a partir de una solución acuosa de NaCl con gotas de líquido de 0.01 µm. ¿Qué concentración de sal se debe elegir? (ρ partícula = 2170 kg/m3, ρagua = 1000 kg/m3) 4. Calcular la velocidad de sedimentación para una esfera de diámetro 1 µm que se mueve en el seno del aire, sabiendo que ρpartícula = 2170 kg/m3, ρaire = 1.2 kg/m3, µ = 1.8 · 10-5 kg/(m·s). 5. Una partícula esférica de diámetro 200 µm desciende en el aire (ρ partícula = 2000 kg/m3, ρaire = 1.2 kg/m3, µ = 1.8 · 10-5 kg/(m·s)). Obtener: 5.1. La velocidad de sedimentación considerando la ley de Stokes. 5.2. El número de Reynolds para la velocidad anterior. 5.3. La velocidad de sedimentación considerando el coeficiente de retardo. 5.4. El número de Reynolds para la velocidad del apartado anterior. 6. Una partícula esférica de diámetro 0.1 µm desciende en el aire. Calcular la velocidad de sedimentación, sabiendo que ρpartícula = 2000 kg/m3, ρaire = 1.2 kg/m3, µ = 1.8 · 10-5 kg/(m·s), A = 1.728, λ = 0.07 µm. 7. Para la siguiente distribución de datos, obtener la eficiencia total: Tamaño medio de la partícula (µm)

Peso (%)

Pesos acumulativos (%)

Eficiencia de captura

0.25

0.1

8.0

1.0

0.4

30.0

2.0

9.5

47.5

3.0

20.0

60.0

4.0

20.0

68.5

5.0

15.0

75.0

6.0

11.0

81.0

7.0

8.0

86.0

8.0

5.5

89.5

10.0

5.5

95.0

14.0

4.0

98.0

20.0

0.8

99.0

0.2

> 99.0

8. Se analiza una muestra de partículas y se encuentra que tiene una distribución numérica según se indica en la tabla. Determinar:


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TEMA 6

8.1. N(dp)/N y la masa acumulada, sabiendo que la fracción masa es proporcional a la fracción numérica en un intervalo dado multiplicada por el cubo del diámetro promedio en dicho intervalo. 8.2. El valor del diámetro medio aritmético (dm), la desviación normal (σ) y el diámetro modal (dmo). 9. Calcular la relación eficiencia – diámetro considerando los modelos para flujo en bloque y flujo mezclado (ρpartícula = 2000 kg/m3, µ = 1.8 · 10-5 kg/(m·s)). 9.1. En un sedimentador por gravedad que tiene una altura H 0 “m longitud L = 10 m y v prom = 1m/s. 9.2. En un separador centrífugo que tiene Wi = 0.15 m, vc = 18.3 m/s y N = 5. 10. Para una partícula de 1 µm y con una constante dieléctrica de ε = 6, obtener los siguiente apartados, sabiendo que el gas entra en un precipitador electrostático con E = 300 kV/m. 10.1. Las cargas eléctricas que tiene la partícula. 10.2. La velocidad de desplazamiento o deriva, w. 10.3. La relación eficiencia – diámetro con A/Q = 39.37 s/m. 10.4. Si el precipitador electróstático presenta una eficiencia una eficiencia de 0.9 y se desea aumentar hasta 0.99, ¿cuánto ha de aumentarse el área colectora? 10.5. Si se aplica la ecuación de Deutch – Anderson con k = 0.5 al apartado anterior, ¿cuánto ha de aumentarse el área colectora? 11. Un gas, contiene partículas de tamaño 0.85 µm y con una concentración de 1.5 mg/m 3, se mueve a la velocidad de 0.85 m/s perpendicularmente a una fibra dilíndrica de 8 µm de diámetro (ρpartícula = 2100 kg/m3, µ = 1.8 · 10-5 kg/(m·s)). Calcular: 11.1. El índice máximo de captura de partículas g/(s·m). 11.2. El número de separación, Ns. 11.3. La eficiencia del blanco. 11.4. El índice real de captura. 11.5. Si el filtro es una fila de fibras paralelas separadas centro a centro igual a cinco veces el diámetro de las mismas, calcular la eficiencia de captura. 11.6. Si el filtro consta de 150 filas de fibras paralelas, calcular la eficiencia de captura. 12. Una corriente de gas a 0.6 m/s que contiene partículas de 60 µm de diámetro y densidad 2.0 g/cm3, entra en un sedimentador por gravedad de 3.5 m de altura, con una eficiencia del 85 %. Obtener la longitud del colector si la velocidad del gas en su interior es 0.45 m/s. 13. Un precipitador electrostático tiene las siguientes características: distancia entre placas colectoras de 21 cm, altura de placas de 8.5 m, 45 kV de potencial aplicado, constante p de 1.8. El diámetro de las partículas del gas a tratar es de 0.4 µm. Calcular: 13.1. La velocidad de desplazamiento. 13.2. La longitud de la placa colectora. 13.3. La eficiencia del colector. 13.4. El área colectora específica A/Q aumenta un 34 %. Obtener la nueva eficiencia considerando la ecuación de Hagen.


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14. Un carbón con un 2.4 % de S y 6.3 % de ceniza se quema con un 20 % de exceso de aire, generando 44.2 moles de gas producto por cada 100 g de carbón quemado. Se añade una solución lavadora, de NaHCO3 para purificar el gas, tras lo cual se tratan los productos en un cuarto de sacos. La alimentación de NaHCO3 es tal que se suministra 1.5 mol de 2Na por cada molde S en el carbón quemado. Calcular: 14.1. La cantidad de NaHCO3 necesario a añadir por cada kg de carbón quemado. 14.2. Calcular el volumen de gas ocupado por cada kg de carbón quemado. 14.3. Calcular el volumen ocupado por el NaHCO3 (gravedad específica = 2.20). 14.4. Calcular el número de partículas de NaHCO 3 por cada kg de carbón. 15. Un lavador en húmedo con piedra caliza produce gotas de 2.5 mm de diámetro. El gas de combustión ena 300 ºC entra al lavador y asciende con una velodiad de 2.5 m/s. Los sólidos en el líquido lavador son un 8 % de CaCO 3, reaccionando el 85 % del SO 2 e el gas con las partículas sólidas (relación líquido gas: 160 l/28.31 m 3, temperatura en el lavador: 55 ºC, c p(agua) = 1047 J/(kg·K), ρaire (20 ºC) = 1.2 kg/m3, λ = 2453.9 kJ/g). Calcular: 15.1. La velocidad de las gotas líquidas. 15.2. La relación QL/A. 15.3. La fracción de gotas evaporadas cuando el gas pasa desde 300 a 55 ºC. 16. Un dispositivo de control tiene instalados cuatro colectores en serie cuya eficiencia es idéntica para todos, e igual al 93 %. ¿Cuál es la eficiencia global de todos los colectores? 17. Un colector recibe una corriente de gas de desecho que contiene partículas grandes, medianas y pequeñas, en la misma proporción. ¿Cuál es la eficiencia total en peso del colector en los siguientes supuestos? 17.1. Considerando un solo colector cuya eficiencia para cada clase de partícula es del 99 %, 75 % y 30 %, respectivamente. 17.2. Considerando dos colectores en serie iguales al anterior.


Problemas T.6  
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