Problemas 2do parcial Problema 4.32
Se ha observado que una planta de energía ya construida produce una concentración de 20g/m 3 a una distancia de 800m directamente en la la dirección del vieto desde la chimenea , cuando el viento sopla desde el norte a 4 m/s , durante una situación de estabilidad clase C, mas adelante, se construyó otra planta 200m al oeste de la planta original. Consume 4000 lb/h de aceite combustible que contiene un 0.5 por ciento de azufre. La segunda planta tiene una altura efectiva de chimenea de 60m, y no tiene controles de emisión del SO 2. Para las mismas condiciones atmosféricas citadas, estimar el porcentaje de aumento de la concentración de SO 2 en el lugar situado en la dirección del viento debido a la segunda planta. DATOS
Planta 1 C1=20 g/m3 X=800m Dirección del viento: Norte u=4 m/s Estabilidad clase : C Planta 2 200m al oeste q=4000 lb/h 0.5 % de S H=60m
Porcentaje de aumento de concentración de SO 2=?
Para el aumento de concentración: concentración:
Problema 4.33
La concentración de acido sulfhídrico, H2S, es de 55 ppm en un lugar situado a 150 m en la dirección del viento desde un pozo de petróleo abandonado ¿Cuál será la tasa de emisión de H 2S del pozo, si los vientos son de 2.7 m/s en una tarde soleada de junio, en gramos por segundo? Suponga una emisión a nivel suelo. Datos
Q= ?? g/s
x= 150 m
U= 2.7 m/s
F=tarde soleada de junio
C= 55 ppm
La ecuación de conversión se basa en 25 º C y 1 atm mg/m3 = (ppm X) (peso molecular) / 24.45 (55)(34.1)/24.5= 76.551 mg/m3
La concentración a nivel del suelo a favor del viento desde una fuente puntual a nivel del suelo
C(x,y,z)=
exp
[
]
Esta ecuación se aplica a la concentración a lo largo de la línea central y a nivel del suelo, desde una fuente puntual también a nivel del suelo
C(x,0,0)=
76.551 mg/m3 (150,0 ,0)= Q= 6.34899 g/s
=6
= 2.2
= 6,348.99 mg/s
Problema 4.34
n fuego que se consume a nivel del suelo emite monóxido de nitrógeno a una tasa de 3.6 g/s. Se supone que el fuego es una fuente puntual sin elevación efectiva de la pluma. Determínese la concentración de No directamente en la dirección del viento, a una distancia de 2.5 km en las siguientes condiciones atmosféricas: a) noche nublada, velocidad del viento 6m/s b) noche despejada, velocidad del viento de 3 m/s; y c) una tarde parcialmente nublada, velocidad del viento de 4 m/s. U
Para el inciso a: Noche nublada:
Distancia: 2.5 Km=2500 m, vel. Viento=6 m/s, categoría de estabilidad D,
Para el inciso b: Noche despejada:
Distancia: 2.5 Km=2500 m, vel. Viento=3 m/s, categoría de estabilidad E,
Para el inciso c:
Tarde parcialmente nublada:
Distancia: 2.5 Km=2500 m, vel. Viento=4 m/s, categoría de estabilidad C,
Problema 4.35
Se emite dióxido de azufre a una tasa de 0.9 kg/s durante una atmosfera de estabilidad clase B, que tiene un gradiente de temperatura potencial de 0.010 °C/m. La concentración de SO2 en el gas de la chimenea es de 4g/m3 y la temperatura y presión del gas de la chimenea 175°C y 980 mbar, respectivamente. La velocidad del viento es de 4.8 m/s y su temperatura es de 18 °C. El diámetro de la chimenea en su parte superior es de 5.5 m, y se supone que las otras propiedades del gas de la chimenea son las mismas que las del aire. Determinar la elevación de la pluma en metros, por encima de la chimenea, utilizando: a) La ecuación de Holland
Despejando Vs:
Vs=14.4 m/s
b) La ecuación de Carson Moses
c) La ecuación modificada de Briggs
Donde:
Por lo tanto:
d) La ecuación modificada de Concawe
Problema 4.38
n el problema 4.6, se calcula la elevación efectiva de la pluma para una atmosfera neutral, utilizando dos fórmulas empíricas. Utilizar dichas fórmulas para calcular la elevación de la pluma para las mismas condiciones, excepto que la atmosfera es a) moderadamente estable con un gradiente de temperatura potencial de 0.003 °K/m, y b) estable con un gradiente de temperatura de 0.008 °K/m. E
DATOS U= 3m/s Vs= 6m/s d= 2m Ta= 300K T= 440K SOLUCION:
Problema 4.40 Dos
hornos alimentados con carbón descargan a la misma chimenea que tiene una altura de 100 m. Cada horno quema carbón a la tasa de 250 toneladas cada 24 horas. El aire para la combustión se suministra a una tasa de 10 lb por cada libra de carbón. Los gases salen de la chimenea a una velocidad de 20 pies/s y a 350 °F. La temperatura atmosférica a la salida es de 60 °F. La velocidad del viento es de 10 millas/h a 10 m. Suponga una atmosfera neutral. Calcúlese el valor de la elevación de la pluma en metros empleando las ecuaciones de a) Holland, b) Concawe, c) Moses-Carson.
Datos:
Combustible: 250 ton/ 24h =10416.7 Kg/h Aire/combustible: 10lb/lb Vs = 20 Ft/s = 6.096 m/s Ts = 350 °F = 449.67K Ta = 60 °F = 288.55 K U = 10 millas/h = 4.4704 m/h Atmosfera neutral P = 1013 mbar (bibliografía) Suponiendo un diámetro de 3.5m (se propone de 3 a 5 m)
Reacción:
C + O2
CO2
Masa de combustible: 10416.7 Kg/h x 1lb/0.454kg = 22944.3 lb/h combustible
Moles de combustible: 22944.3 lb/h / 12 lb/lbmol = 1912.03 lbmol/h
Masa de aire: 10 (M combustible) = 10 (22944.3 lb/h) = 229443 lbaire/h
Moles de aire: 229443 lb/h / 28.84 lb/lbmol = 7955.72 lbmol/h
Moles de O2: 7955.72 x 0.21 = 1670.7 lbmol O 2/h
Masa de O 2: 1670.7 lbmol/h * 32lb/lbmol = 53962.4 lb O 2/h
Masa de CO 2: 1912.03 lbmol C/h x 84129.3 lb/h * 0.454 kg/1lb = 38194.7 Kg/h
a) Con la ecuación de Holland
b) Con la ecuación de Concawe
Calculo del Qh
Qh = mCp(Ts ± Ta)
El Cp para el CO 2 lo tomamos de la bibliografía con un valor de 0.85 KJ/Kg K a 1013 mbar
Qh = (38194.7 Kg/h / 3600 s/h) (0.85 KJ/Kg K)(449.67 ± 288.55)K = 1453.01 KJ/s
c) Con la ecuación de Moses-Carson
Los resultados más parecidos se obtienen de las ecuaciones de Holland y Moses-Carson teniendo una elevación de la pluma de 23 a 24 m de altura después de salir de la chiminea.
Problema 4.41
n gas con una composición esencialmente igual a la del aire sale de una chimenea con una velocidad de 10 m/s. La temperatura del gas es de 200°C, y la temperatura atmosférica en lo alto de la chimenea es de 0°C. El diámetro de la chimenea es de 10 m. U
Determinar el valor de h para la atmosfera neutral utilizando la a) Ecuación 4.17, b) ecuación 4.18, c) ecuación 4.19ª d) ecuación 4.20b y e) ecuación 4.21. La velocidad del viento en lo alto de la chimenea es de 5 m/s. a)
b) Se sustituye la última parte para obtener una mayor exactitud por:
c)
d)
ntonces tenemos finalmente:
E
e)
Problema 4.42
Los datos sig. Se aplican a una planta de energía de vapor que consume carbón : altura chimenea 200m, diámetro 9m, tasa de combustión del carbón 1.165x10^6 kg/día, suministro de aire 12 lb aire/lb carbón, temperatura del gas a la salida de la chimenea 150°C, temperatura del aire ambiente a 350 m 7°C, valor calórico del carbón 5250kJ/kg, contenido de azufre del carbón 3.1%, contenido de ceniza del carbón 8%, ceniza arrastrada a lo alto de la chimenea 80%, condiciones atmosféricas tiempo nublado durante el día, velocidad del viento 6m/s a una altura de 10m, gradiente de temperatura neutral. Calcular la altura efectiva de la chimenea a)ec.4.17 b)ec.4.18 C) ec4.19b y d)ec4.20b =?
H
h=200m D=9m Consumo de combustible Cc=1.165x10^6 kg/dia=13.4838kgcomb/s Relación aire/combustible A/C= aire 12 lb aire/lb carbón=1 aire 12 kgaire/kg carbón Ts=1550°C=423k Ta=7°C a350m a 200m=4°C z=8% u=6m/s a 10 m Gasto masa de los gases de combustión
g=wgCc
W
Peso de los gases wg=A/C(1-z)=12(1-.8*.08*13.4838)=12.137kgaire/kgcomb m=Wg=12.137kgaire/kgcomb*13.4838kgcomb/s=163.653 kgaire/s Qh=mCp(Ts-Ta)= 163.653 kgaire/s(1.005KJ/kgK)(423-277)K=24012.8KJ/s Tomando R y Cp del aire y P=1atm Vs=4mRTs/(P* d^2)=4*163.653 kgaire/s*29.4m/K*423K/(1.0332*10^4kg/m^2**(9m)^2) =3.096m/s =h+h
H
a)h=-0.29Vsd/u+2.62*Qh^.5/u Carson y Moses h=-0.29*3.096*9/6+2.62*24012.8^.5/6=66.32 =200+66.32=266.32m
H
b) h=(Vsd/u)(1.5+0.0096*Qh/Vsd) Holland h=(3.096*9/6)(1.5+.0096*24012.8/3.096*9)=45.39m
H
=245.39m
c)h=4.71Qh^0.444/u^0.694 Concawe h=4.71*24012.8^0.444/6^0.694=119.65m =319.65
H
d)h=0.35*Vsd/u+2.64Qh^0.5/u (neutral) h=0.35*3.096*9/6+2.64*24012.8^0.5/6=65.41m =265.41m
H
Problema 4.43
Se ha hecho un cálculo de la concentración de contaminantes en un lugar determinado, en la dirección del viento desde una fuente puntual. Este valor se ha de comprobar por un muestreo actual. ¿Qué porcentaje de error, debido al muestreo solamente, se podría esperar en la muestra de concentración, si el tiempo de muestreo es de a) 2 min, b) 20 min y c) 1 hora?
Para correlaciones de los datos de para estimaciones de la dispersión atmosférica, según se ven los valores típicos en los trabajos de Turner, conducen a concentraciones promediadas durante un intervalo de 10 min. Por lo tanto de acuerdo al problema al tener un tiempo menor de 10 min tendremos un mayor porcentaje de error, debido a que a técnicas de muestreo utilizada empleada algún otro intervalo, será necesario ajustar los resultados pronosticados por un modelo de dispersión.
Además que de acuerdo a los muestreos que se hacen hasta ahora, los efectos del tiempo de muestro son extremadamente complejos. Por lo tanto a mayor tiempo de muestreo, de más de unos cuantos minutos, en este caso como 60 min, existe una ecuación.
C2= Una concentración deseada
C1= concentración calculada por la ecuación de dispersión t 2= es el periodo de muestreo en minutos t 1= es 10 min q= un valor entre 0.7 y 0.2 Como vemos de acuerdo a la ecuación tenemos un dato determinante de los 10 min.
PROBLEMA 4.44
na Larga línea de desechos agrícolas que se quema en un campo se puede considerar como una fuente lineal infinita. En una tarde despejada de otoño, la velocidad del viento es de 4.5m/s. Determínese la concentración de partículas para los pequeños aerosoles arrastrados por el viento, a 600m en dirección del viento, si la fuerza de la fuente es de 0.23g/ms. U
DATOS X=600m U=4.5m/s Q=0.23g/ms W =40 Z
Para una fuente lineal de emisión infinita:
« 1 ¨ H ¸ 2 » ¹¹ ¼ exp ¬ ©© C x , 0 ! 2 W 2T W Z u ¬- ª Z º ¼½ 2q 1 2
Donde el segundo termino se convierte en la unidad por no ser una fuente puntual a nivel del suelo. 2q
C x , 0
!
C x , 0
! 1019.5
2T W 1 2
! Z u
g
2 0.23 ms
2T 40m4.5 1 2
! 1.0195 v 10
m
3
g m
3
s
Q g
m
3
na larga línea de desechos agrícolas que se quema en un campo se puede considerar como una fuente lineal infinita. En un a tarde despejada de otoño, la velocidad del viento es de 4.5 m/s. Determínese la concentración de partículas para los pequeñas aerosoles arrastrados por el viento, a 600m en la dirección del viento, si la fuerza de la fuente es de 0.23g/ms. Solución: Datos: V= 4.5 m/s q=0.23g/ms z=600m De la ecuación 4.26 0 U
Para un día despejado de otoño la estabilidad es clase F. Dela figura 4.7, a una distancia de 600m en la dirección del viento, el valor de es 9m. Sustituyendo los valores:
