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¿Cómo modelar el tiempo de descarga de un tanque?

¿Cómo modelar el tiempo de descarga de un tanque?

¿Cuánto tiempo tardará un tanque en descargarse por acción de la gravedad?

A veces una pregunta aparentemente sencilla y de gran relevancia industrial como esta puede ser más difícil de responder de lo que imaginamos.

¿Qué ocurre si necesitamos conocer el tiempo con precisión, para modelar un proceso? ¿Cómo aplicar los balances de masa y cantidad de movimiento para obtener ese valor?

Descarga de tanque

En la industria muchas veces es de vital importancia conocer con exactitud el tiempo que transcurre para que un tanque o un recipiente descargue su contenido. También es útil conocer las perdidas de energía del fluido a medida que transcurre por las tuberías de descarga. Muchas veces estas perdidas de energía son irrecuperables y esto puede deberse a un exceso de accesorios como uniones (en general), codos, llaves, válvulas, etc. Esto también puede significar consumo de energía elevado si es necesario por ejemplo elevar el fluido con una bomba.

La publicación adjunta tiene como objetivo determinar un modelo matemático del tiempo transcurrido a medida que un tanque cónico descarga su contenido, teniendo en cuenta la fricción de la tubería y los accesorios. De esta manera, se puede determinar la velocidad de salida del tanque, para luego comparar los resultados con datos experimentales que verifiquen el modelo utilizado.

El tiempo de vaciado depende de la geometría del tanque, de la altura que tiene el mismo, de la tubería (que incluye a los accesorios), de la viscosidad del fluido y de otras variables que complican mucho más los cálculos para encontrar el modelo que relaciona todas variables.

Para este caso el modelo se basa en un sistema isotérmico y a presión atmosférica. Se presenta en esta experiencia un modelo de tanque cilindrocónico truncado. El problema en esta parte se trata de calcular una ecuación que relacione la altura y el radio con el volumen.

Se puede seguir el modelo completo en continuar leyendo »

Introducción al Tratamiento de Aguas Residuales

El tratamiento de aguas residuales es una operación clave en la industria de procesos. Ya sea para cumplir con normas ambientales o para evitar impactos negativos en los cuerpos de agua cercanos, es conveniente que todo ingeniero conozca los fundamentos del tratamiento de aguas residuales, y las tecnologías existentes para alcanzar las metas de tratamiento requeridas.

Planta de Tratamiento de Agua

El Problema: los Impactos Ambientales

La eliminación de aguas residuales no tratadas produce impactos ambientales negativos en los cursos de agua receptores, en función de la concentración de contaminantes que dichas aguas contengan.

Al arrojar sustancias al agua por debajo de ciertas concentraciones limites, se inicia un proceso de autodepuración, debido a diversos microorganismos (tales como bacterias y algas). Estos microorganismos descomponen los desechos, metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples, como dióxido de carbono, nitrógeno, etc. Este proceso se aplica a sustancias orgánicas, como detergentes y fenoles, y también a algunas sustancias inorgánicas, ya que hay microorganismos capaces de absorber ciertos metales, incorporándolos a sus células.

Si las sustancias arrojadas poseen una alta concentración de materias tóxicas, los microorganismos son destruidos y de este modo se anula la autodepuración. Además pueden morir organismos más grandes, como peces, crustáceos, y plantas acuáticas, por intoxicación o por falta de microorganismos para alimentarse. Estos a su vez pueden intoxicar al resto de la fauna que conforma la cadena alimentaria, eventualmente llegando hasta el hombre.

Los metales pesados y sustancias de difícil descomposición, tales como DDT y otros plaguicidas continuar leyendo »

¿Qué se estudia en la carrera de Ingeniería Química?

¿Qué asignaturas esperar de los próximos 5 o 6 años de carrera?

Carrera de Ingenieria Quimica

Las currículas de la carrera de ingeniería química pueden ser muy variadas de acuerdo a la universidad. Si bien no existe consenso sobre una estructura “ideal”, la carrera se compone típicamente de materias agrupadas en cuatro etapas.

En una primera etapa, se estudia un cuerpo de conocimientos de base (tales como ciencias básicas), un núcleo de asignaturas que suele ser común a las de otras carreras de ingeniería, y que cubren temas de:

  • Matemática: álgebra y geometría, análisis matemático multivariable, ecuaciones diferenciales
  • Física: mecánica, electromagnetismo
  • Química general, inorgánica y orgánica, fisicoquímica, química biológica
  • Programación y métodos numéricos
  • Dibujo, sistemas de representación

En una segunda etapa, se aprenden los fundamentos de las ciencias básicas de la ingeniería química. Dicha etapa incluye asignaturas que cubren continuar leyendo »

Entrevista al profesor Bird - Autor del libro de Fenómenos de Transporte

El profesor Robert Byron Bird es uno del los autores del famoso libro “Fenómenos de Transporte” (junto a Warren Stewart y Edwin Lightfoot), que se convirtió en un clásico en la enseñanza de ingeniería química. Es autor de muchos otros libros y artículos.

Robert Byron Bird

En esta nota compartimos una entrevista realizada al profesor Bird en 2010 y unos breves comentarios sobre él y la reología en la Universidad de Wisconsin, Madison. Esta nota fue publicada en el boletín “On these foundations” del departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Wisconsin- Madison, en su edición del verano de 2010.

Preguntas y Respuestas con Bob Bird

Bob se jubiló de la facultad en 1992, pero todavía se lo puede encontrar en su oficina departamental la mayoría de los días. El Profesor Manos Mavrikakis de la Universidad de Wisconsin lo entrevistó recientemente para captar algunas reflexiones de su carrera y éxito como ingeniero químico.

¿Puede contarnos sobre algunos de los principales acontecimientos de su carrera?

R: Bueno, creo que probablemente el primer acontecimiento fue la decisión después de la Segunda Guerra Mundial, de no regresar a la Universidad de Maryland donde empecé mis estudios universitarios. Decidí asistir a la Universidad de Illinois, porque allí tenían un departamento de ingeniería química mucho más grande y desarrollado. El segundo acontecimiento fue tomar la decisión de cambiar de química a ingeniería química al final de mis estudios de pregrado, y luego venir acá a la Universidad de Wisconsin a trabajar con Joe Hirschfelder en el departamento de química para obtener un doctorado.

Después de obtener mi doctorado decidí ir a Holanda y estudiar con Jan de Boer en el Instituto de Física Teórica. Y esto también fue un acontecimiento importante. De allí regresé a Madison y trabajé con Joe Hirschfelder y Chuck Curtiss en el libro “The Molecular Theory of Gases and Liquids”, (La teoría molecular de gases y líquidos) que, como sabrá, es un libro bastante famoso. Entonces fui a Cornell a dar clases como profesor asistente en química. Pero en el 1 de abril en el año siguiente, recibí una invitación De Olaf Hougen para regresar a Madison. Al principio, no lo tomé en serio. Pensé que alguien me estaba jugando una broma por el Día de los Inocentes. (1 de abril en Estados Unidos) Así que ignoré el telegrama que me llegó, y finalmente recibí una llamada de Joe Hirschfelder diciendo que yo debía contestar al telegrama de Olaf. Entonces lo hice, y tuve que tomar la difícil decisión de regresar acá o quedarme en química en Cornell. Y esa fue una decisión muy difícil de tomar. Pero finalmente decidí que quise regresar al Medio Oeste. Me gustó más el estilo de vida de aquí. Y después, por supuesto yo estaba muy feliz aquí. Y luego tomé otra decisión de regresar a Holanda en 1958 al laboratorio de Kramer. Y entonces en 1962 fui a Japón con una beca Fullbright. Esas fueron las mayores decisiones de mi carrera.

¿Cuál considera que es su contribución más importante a la ciencia e ingeniería?

R: Probablemente la producción del libro Transport Phenomena (Fenómenos de transporte) continuar leyendo »

Cálculos básicos en la industria azucarera - Proceso para obtención de azúcar blanco

En el documento adjunto se tratan los pasos básicos en la industria azucarera, en 9 capítulos. Este trabajo fue realizado por dos Ingenieros Químicos del Ecuador, por el Ingeniero José Caicedo C. y el Ingeniero Jorge Medina y facilitado para: ingenieriaquimicaestuvida.blogspot.com e ingenieriaquimica.org

Capítulo 1
Extracción de jugo.
Sistema de carga y molienda de caña.
Conclusiones

Capítulo II
Jugo sulfitado en el proceso de azúcar blanco directo.
Jugo encalado en proceso

Capítulo III
Jugo clarificado y meladura.
Sulfitación y clarificación de la meladura

Capítulo IV
Cálculos para la cantidad de azúcar comercial y melaza final.

Capítulo V continuar leyendo »

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte V: Termodinámica en Ingeniería de las Reacciones Químicas

Si hay algo que pueda equipararse a las Operaciones Unitarias en importancia para la concepción y diseño de plantas químicas industriales, es sin duda el conjunto de principios que permiten entender y diseñar equipos de reacción: la ingeniería de las reacciones químicas.

Termodinamica

Una vez que se han estudiado los fundamentos de la termodinámica generalizados a los sistemas de múltiples componentes en ausencia de reacciones químicas, el siguiente paso naturalmente consiste en eliminar esa restricción y traer de nuevo a colación aquello de que no todo es posible y lo que es posible, tiene un límite y tiene un costo.

Lo posible: es necesario conocer si determinada reacción química es termodinámicamente factible o no.

Lo que es posible tiene un límite: si una reacción es factible, es preciso establecer hasta dónde puede avanzar.

Y finalmente, lo que es posible tiene un costo: debe aclararse cuánta energía es preciso proveer o retirar con el fin de que la reacción deseada se verifique, y además es necesario establecer las condiciones de presión, temperatura y composición que favorecen la reacción.

Todo ello hace uso tanto de los fundamentos de la termodinámica como de la teoría termodinámica de las soluciones. Esto completa el mínimo recorrido continuar leyendo »

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte IV: Teoría Termodinámica de las Soluciones

Es natural pensar que es insuficiente conocer acerca de los fluidos puros, únicamente. Atendiendo a esa expectativa, una vez dominado el uso de los principios básicos en el estudio de las sustancias puras, se pasa a generalizar los conceptos a los sistemas fluidos de más de un componente en ausencia de reacciones químicas. Usualmente la generalización comienza de a poco y típicamente se comienza por un caso muy sencillo pero muy útil y común: el sistema aire - vapor de agua. A ese estudio se le llama psicrometría y es de enorme utilidad práctica en tecnologías como el acondicionamiento de aire y el secado (que es una operación unitaria y está fuera del alcance de la termodinámica).

Diagrama de Fases

Para lograr una verdadera y completa generalización de los fundamentos de la termodinámica a los sistemas de múltiples componentes, resulta muy necesario haber dominado y comprendido previamente algunos conceptos matemáticos, particularmente del ámbito del cálculo en varias variables. La aplicación de éstos permite obtener relaciones matemáticas entre todas las propiedades termodinámicas de interés, siendo de destacada importancia aquellas que relacionan magnitudes medibles con otras, que aunque no lo son, tienen un significado físico muy importante.

Los procesos mecánicos de expansión o compresión de los fluidos, que antes eran tan estudiados, dejan de figurar y se abre paso al entendimiento de cómo se comportan las mezclas. Al respecto hay cosas que son bastante útiles: calcular las propiedades de estos nuevos sistemas, cuantificar cuánto calor se consume o se produce durante el mezclado o entender qué fácil es mezclar y qué difícil es el proceso inverso. Pero lo que lejos de toda duda constituye la piedra angular de muchos de los estudios de otras ramas de la profesión es el estudio de los fluidos de múltiples componentes en equilibrio de fases, esto es, cuando un sistema conformado por más de una fase, se encuentra en equilibrio. continuar leyendo »