Transferencia De Calor

Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Santiago-Chile

Fenómenos de Transporte MMA

Tarea N°2 Balance de Momentum y Energía Mecánica

Integrantes: Karina Hernández Vicente Guzmán Fernando Choquehuanca Profesor: Dr. Pedro Álvarez Fecha de Entrega: 21 de Junio de 2011

TAREA PARTE 1

Ejercicio 4-26.
Fuente: “Fundamentals ofEnvironmental Engineering”, James R. Mihelcic, Capitulo 4, Pág. 205.

Los Precipitadores Electrostáticos (ESPs) se utilizan para limpiar flujos de gases de partículas, tales como los gases de escape de una caldera central eléctrica o una planta incineradora de residuos municipales. Trabajan mediante la aplicación de una carga a las partículas, que luego se mueven a una velocidad terminal en respuesta a lafuerza electrostática que se deriva de un voltaje aplicado. En este problema, debes hacer lo siguiente (las condiciones y las ecuaciones que se aplican a todo el problema se da al final del problema): a) Calcule la velocidad terminal, para lo cual es necesario identificar claramente las fuerzas que actúan sobre la partícula. Haz un dibujo similar a la figura 4-16 e identifica las fuerzas queactúan sobre una partícula que pasa a través del ESPs.

b) Calcular la velocidad de corriente terminal (ѡ) de las partículas en respuesta a la fuerza electrostática en función del diámetro de las partículas. Informe su solución con una ecuación que entregue (ѡ) en unidades de cm/s, y especifique las unidades de Dp que está utilizando. Nota: Omita la gravedad en este cálculo, asuma que la única fuerzaexterna que actúa sobre la partícula es la fuerza electrostática. Dado que la fuerza de flotabilidad es el resultado de la fuerza gravitacional, omita también la flotación. Aplicamos Ley de Stokes,

(3 *10

FE = FD q * E = 3π * µ * D p * vt
−9 2 * E * D p * E = 3π * µ * D p * vt

)

∴ vt =

3 * 10 −9 * E 2 * D p 3π * µ

Reemplazamos los datos:

 V   3 * 10 * 1 * 10 5    * Dp   m  vt =   kg   3π * 1.695 * 10 −5      m * s 
−9

2

100 cm  1  1  vt = 1.878 * 10 5   * D p = 1.878 * 10 5   * D p    1 m s s  cm  1 vt = 1.878 * 10 7   * D p *   m s

Así quedaría definida la ecuación para la velocidad corriente terminal expresada en cm/s, para Dp en unidades de metros. c) Calcule la velocidad de impulso terminal parael tamaño de las siguientes partículas: 0.5 m y 10.0 m. Para D p = 0.5 * 10 −6 [m]
 cm   cm  1  vt = 1.878 * 10 7   * 0.5 * 10 −6 [m]   = 9.39    s  m s

(

)

Para D p = 10.0 * 10 −6 [m]
 cm   cm  1  vt = 1.878 * 10 7   * 10.0 * 10 −6 [m]   = 187.8   s  m s

(

)

d) Para la comparación, calcular la velocidad de ajuste gravitacional para eltamaño de las mismas partículas.
vt =

(ρ

p

2 − ρ )D p

18µ

g

Para D p = 0.5 * 10 −6 [m]
2   kg    kg  −6   1000  m 3  − 1.179  m 3   0.5 * 10 [m ]     vt =    Ns   181.695 * 10 −5  3     m  

(

)

  cm  m  m   9.81 2   = 8.03 * 10 − 6   = 8.03 * 10 − 4      s  s s  

Para D p = 10.0 * 10 −6 [m]
2   kg    kg 1000 3  − 1.179  3   10.0 * 10 −6 [m]   m  m  vt =    Ns   181.695 * 10 −5  3     m  

(

)

  cm  m  m   9.81 2   = 3.21 * 10 −3   = 0.321     s  s s  

e) Para comparar las respuestas de la parte (a) de la velocidad de sedimentación de Stokes, determine el tamaño de partícula para la velocidad de sedimentación gravitacional sea igual ala velocidad de corriente en el ESP. Exprese su respuesta en unidad de m.

(ρ
Despejando;
Dp =

p

2 − ρ )D p

18µ

g=

3 * 10 −9 * E 2 * D p 3πµ

18 * (3 * 10 −9 )* E 2 3π * (ρ p − ρ )* g

Reemplazando los datos:

 V   18 * 3 * 10 * 1 * 10 5      m  = 5.847 * 10 −3 [m] = 5847[µm] Dp =   m   kg     kg  3π * 1000  3  − 1.179  3   *  9.81 2 ...