Problema 3Junio Resuelto PDF

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Summary

Una corriente de 50000 m3/h de aire a 100 ºC y 1 atm de una cementera contiene partículasde 10 y 40 micrometros procedentes del proceso de molienda del Clinker con concentracionesde 100 mg/m3y 300 mg/m3, respectivamente. Con el objetivo de reducir la concentración totalde partículas de densidad 2700...

Description

Una corriente de 50000 m3/h de aire a 100 ºC y 1.2 atm de una cementera contiene partículas de 10 y 40 micrometros procedentes del proceso de molienda del Clinker con concentraciones de 100 mg/m3 y 300 mg/m3, respectivamente. Con el objetivo de reducir la concentración total de partículas de densidad 2700 kg/m3 hasta los niveles de descarga marcados por la legislación (60 mg/Nm3), se instala un ciclón que opera con 17.78 m/s. Determinar A) La eficacia global del ciclón (2.5pto) B) La concentración de partículas de la corriente después de su tratamiento (1pto). ¿Cumple los niveles de descarga exigidos por la legislación? (1.5 pto). Un cambio en la legislación obliga a instalar un precipitador electrostático de placas y alambre en serie con el ciclón. El precipitador electrostático tiene una distancia entre electrodo de descarga y placa de 0.1 m y un área de las placas de 50 m2. Determinar: C) El potencial del electrodo de descarga para reducir el nivel de emisión a 10 mg/m3 (100 ºC, 1.2 atm) (2.5 pto) D) La eficacia global del sistema en serie (1.5 pto.) E) Flujo másico de partículas emitido (kg/d) (1 pto) Datos: Ne= 5 Viscosidad del aire a 100 ºC = 2.17 x 10-5 kg/ms Contante dieléctrica de las partículas = 7 Permitividad del espacio libre 8.85 x 10-12 C/Vm

A) El cálculo de la eficacia global del ciclón requiere el cálculo de la eficacia individual de eliminación para cada tamaño de partículas, ya que se conocen las fracciones másicas de cada tamaño de partícula (w10 = 0.25 y w40=0.75). Dichas eficacias individuales se calcularán como:

Donde todo es conocido menos b y h, que por tratarse de un ciclón estándar se pueden obtener conocido el diámetro del ciclón Do como 0.25Do y 0.5Do, respectivamente. Sin embargo, a través de los datos de caudal de entrada (13.89 m3/s) y de la velocidad de entrada al ciclón (17.78 m/s) se puede conocer Do

VG 

Q Q 13.89m 3 / s , donde Do = 2.5 m   b  h 0.25Do  0.5Do 0.125 Do2

Por lo tanto la eficacia individual para las partículas de 10 y 40 m se calcularía como:

   5  13.89  (10  10 6 ) 2  2700    0 .461 5 2 9  2 .17 10 (0 .25  2.5)  0.5  2.5 

 10  1  exp 

   5  13.89  (40  10 6 ) 2  2700    1.000 5 2 9  2 .17 10 (0 .25  2.5)  0.5  2 .5 

 10  1  exp 

Y por lo tanto la eficacia global del ciclón se calcularía como

Global  0.25  0.461  0. 75 1.00 0.865

B) La concentración de partículas a la salida del ciclón será la suma de las concentraciones individuales calculadas como Coi (1  i ) Csalida = 53.9 mg/m3 (100 ºC, 1.2 atm) A partir de la ecuación de los gases ideales podemos obtener la relación entre 1 m3 de aire a 100 ºC y 1.2 atm y su correspondiente volumen en condiciones normales ( 0ºC y 1 atm) 3 1 .2atm  1m100 º C ,1.2 atm

1atm  V N



3 1m100 373K º C,1.2 atm  273K 0 .878Nm 3

Por lo que la concentración de partículas a la salida del ciclón expresada en condiciones normales sería:

C sa lida  53.9

mg 3 100º C ,1.2 atm

m



3 1m 100 ºC ,1.2atm

0 .878Nm

3

 61.4

mg Nm 3

C) La reducción de concentración desde Csalida = 53.9 mg/m3 (100 ºC, 1.2 atm) hasta 10 mg/m3 (100 ºC, 1.2 atm) implica que el precipitador electrostático debe tener una eficacia de (53.9-10)/53.9 = 0.814 para las partículas de 10 micrómetros, puesto que las de 40 han sido totalmente eliminadas en el ciclón. El potencial de descarga del electrodo se puede obtener a partir del campo eléctrico (E = ∆V/H), donde H = 0.1 m y el campo eléctrico se puede obtener a partir de la formula que relaciona la eficacia de un precipitador electrostático con el tamaño de partícula:

   2 7 6 12   10  10  8.85  10 E  7  2     50  , donde E= -384.150 Donde 0 .814  1  exp  13.89   2 .17  10 5     V, y el potencial de descarga del electrodo seria -38.4 KV.

D) La eficacia global del sistema en serie para la corriente contaminada con dos tamaños de partículas se calcularía a partir de la eficacia global para del ciclón y precipitador electrostático:

 global  1  1  ciclón 1  precipitaodr  1  (1  0.865)(1  0.814)  0.975 Alternativamente se podría calcular a partir de la eficacia fraccionaria global sabiendo la eficacia global para las partículas de 40 micras, que es 1 por eliminarse todas en el ciclón, y la eficacia global para las partículas de 10 micras = (100-10)/100)=0.9

 global  0.25  0.9  0.75 1 0.975 E)El flujo másico de partículas emitido después del tratamiento en serie se calcularía como el caudal ( 1200000 m3/d) por la concentración de partículas a la salida del sistema en serie (10 x 10-6 kg/m3) = 12 kg/d...