segundo examen parcial - Escuela de Ciencias Ambientales

UNIVERSIDAD NACIONAL
ESCUELA DE CIENCIAS AMBIENTALES
MEDICION Y TECNOLOGÍAS DE AIRE
II EXAMEN PARCIAL
Instrucciones:
1. El presente examen debe ser desarrollado y entregado en forma física al profesor del
curso antes del viernes 22 de mayo de 2015 a las 5 pm.
2. Cualquier intento de plagio será penalizado de acuerdo con la normativa vigente en la
Universidad Nacional.
3. Los ejercicios deberán ser resueltos en la extensión requerida mostrando todos los
pasos intermedios y fuentes de todos los datos utilizados.
4. Recuerde expresar los resultados de cada ejercicio con las unidades correspondientes.
1. Deduzca la ecuación para estimar la eficiencia de colección de partículas en un ciclón
convencional para partículas que poseen diámetros muy pequeños donde no se cumple la
ley de Stokes (10 puntos).
2. Una corriente de gas contiene partículas de tres tamaños: 10 µm, 7 µm y 3 µm. La
densidad de las partículas es la misma para los tres tamaños y la concentración en peso en
la corriente de gas, de cada uno de los tres tamaños de partícula, es de 33,3%. Se pasa
esta corriente por un precipitador electroestático donde la velocidad de migración de cada
partícula es proporcional a su diámetro. La eficiencia global de captura del precipitador es
del 95%. Determine los porcentajes de eficiencia para cada fracción de tamaño (10
puntos).
3. Usted ha sido contratado para realizar el diseño de un ciclón para tratar las emisiones
generadas en un horno de un beneficio de café. El dueño de la empresa desconoce cuál es
la distribución de las partículas presentes en la corriente de gas.
a. Investigue cuál es la metodología que utilizan los laboratorios químicos para
determinar dicha distribución de tamaños. Debe incluir: descripción de equipos
utilizados, descripción detallada de la metodología y principio físico aplicado) (10
puntos).
b. Si la distribución de partículas es la siguiente:
Diámetro (µm)
1
3
5
10
15
Porcentaje de masa
13,5
25,4
33,8
21,5
5,8
Realice una propuesta de diseño del ciclón que incluya: diagrama con dimensiones, estimación de
la caída de presión generada por el ciclón y una estimación de costos. La corriente de gas a tratar
tiene una velocidad de 45 ft/s. (10 puntos)
4. Supercolossal Enterprisses tiene un precipitador electroestático que trata una corriente de
aire cargado con partículas, el cual recupera el 95% de esas partículas. Las nuevas leyes
sobre contaminación les exigen que recuperen el 99% de las partículas. Su precipitador
actual consta de 10 unidades estándar, construidas en fábrica, cada una con área A.
a) ¿Cuántas más unidades iguales a las ya instaladas, se deben añadir para cumplir con la
nueva especificación?
b) ¿Las nuevas unidades se deben añadir en paralelo o en serie? (10 puntos)
5. En 1976, la Geneva Steel Works mejoró su diseño de precipitador electroestático al
cambiar la alimentación de energía eléctrica, elevando el voltaje de operación. Supóngase
que la eficiencia original era del 95% con un voltaje de 40 kV. Si el voltaje se aumento a 65
kV y todo lo demás se mantuvo constante, determine el cambio en la eficiencia de
colección (10 puntos).
6. A) Un precipitador electroestático tiene tres cámaras idénticas que operan en paralelo.
Cuando el flujo se distribuye en forma igual (1/3 para cada una), la eficiencia de extracción
es del 95%. Ahora, como resultado de una mala distribución, los flujos se convierten en el
50%, 30% y 20% hacía las tres cámaras. El flujo total no se altera. ¿Cuál es la eficiencia
global de captura de partículas con esta condición de flujo? (10 puntos)
B) Dos separadores de ciclón están operando en paralelo. Tienen dimensiones idénticas y
se encuentran procesando flujos iguales de gas sucio. Todas las partículas en el gas tienen
el mismo diámetro y su concentración en el mismo gas es uniforme. La eficiencia global de
captura de la combinación de los dos ciclones, la cual es la misma que la eficiencia por
separado de cada uno de ellos, es del 70%. Ahora debido al bloqueo de una válvula, se
perturban los gastos hacía los dos ciclones, de modo que 2/3 del flujo va hacía uno de ellos
y 1/3 hacía el otro. No se altera el flujo total. Las dos corrientes que salen de los ciclones
se juntan y mezclan. Determine la eficiencia global de captura para los dos ciclones en
estas condiciones (10 puntos)
c) ¿Son iguales las respuestas de los apartados a y b?¿Deben serlo? (5 puntos)
7. Realice una búsqueda en la base de datos www.sciencedirect.com y describa
detalladamente un caso de estudio, documentado en un artículo científico, en donde se
analice el efecto de la estabilidad atmosférica sobre la concentración de contaminantes
criterio en un lugar geográfico específico (10 puntos).
8. Desarrolle una investigación de los diferentes tipos de ciclones disponibles en el mercado,
comparando principios de operación, costos de inversión y mantenimiento, eficiencia de
colección para partículas pequeñas y criterios para su diseño (10 puntos).
9. Con respecto al uso de filtros como medio de colección de partículas, investigue
a) Los diferentes tipos de materiales que se pueden utilizar para elaborar filtros y sus
principales características.
b) Los diversos procedimientos para limpieza de filtros
c) Las opciones existentes de soportes para ubicación de filtros en ductos industriales
(10 puntos)