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CALENTAMIENTO DE LIQUIDOS EN TANQUES

1. OBJETIVOS 

Determinar el coeficiente integral de transmisión de calor en un tanque agitado.



Calcular el coeficiente global de transferencia de calor en un tanque agitado en estado no estacionario. Calcular el coeficiente global de transferencia de calor en un tanque agitado en estado estacionario. Evaluar el coeficiente integral de transferencia de calor para el mismo tanque agitado mientras se va llenando. Evaluar los flujos, las temperaturas y los intervalos de tiempo para cada caso.

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2.- FUNDAMENTO TEÓRICO CAMBIADORES DE CALOR Se conoce con el nombre de cambiadores de calor a cualquier dispositivo en el que se verifica un intercambio de calor entre dos fluidos separados por una pared sólida. La intensidad de paso de calor a través de un elemento diferencial de superficie de cambiador puede expresarse por: dq = U. dA. T COEFICIENTE INTEGRAL DE CALOR En la ecuación anterior, U es el coeficiente integral de transmisión de calor y se relaciona con la resistencia calorífica total por la ecuación: 1 R Donde: A es la superficie total de transferencia de calor. U * A=

Por ejemplo, para una pared cilíndrica de diámetro externo Do, diámetro interno Di y conductividad K, por la cual se encuentran circulando, por el interior y exterior del tubo, dos fluidos entre los cuales se está realizando el intercambio de calor, siendo hi y ho los coeficientes de convección para el fluido interno y externo respectivamente, el coeficiente integral de transmisión de calor puede obtenerse en referencia a la superficie externa mediante la anterior 1

ecuación, donde A será la superficie exterior de la pared del tubo. Si se refieren los coeficientes de conducción y convección a la misma superficie de área A, la resistencia total al paso de calor viene dado por:

A*  R =

1

1 + D o Di + 2K hi ho

3.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO 

Un tanque encamisado

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Un agitador mecánico



Un generador de vapor de agua saturado



Un termómetro

4. PROCEDIMIENTO PRUEBA #1: EL VOLUMEN DEL LIQUIDO PERMANECE CONSTANTE  Pesar una cantidad de agua, vaciar al tanque y agitar continuamente.  Tomar temperatura inicial y abrir la llave de vapor.  Anotar el tiempo para incrementos de temperatura de 5°C.  Construir una tabla y graficar tiempo vs. temperatura. PRUEBA #2: TANQUE INICIALMENTE VACIO, CAUDAL DE AGUA CONSTANTE Y NO EXISTE SALIDA DE AGUA DESDE EL TANQUE  Regular el caudal de agua a un valor determinado.  Introducir al tanque el agua fría y al mismo tiempo abrir la llave del vapor.  Una vez que el tanque está lleno, tomar la temperatura y anotar el tiempo de llenado del tanque. PRUEBA #3: VOLUMEN DE AGUA EN EL TANQUE CONSTANTE, CON IGUALES FLUJOS DE ENTRADA Y SALIDA.  Regular el caudal de agua fría. 2

 Regular la entrada de agua de manera que el nivel dentro del tanque se mantenga estable, de esta forma se determina una condición en la que la velocidad de entrada de agua es igual a la velocidad de salida y el volumen se mantiene.  Tomar la temperatura inicial del agua y abrir la llave del vapor.  Anotar la temperatura de salida a intervalos de 2 minutos hasta que la temperatura se mantenga constante. 5. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS Diámetro Interno del tanque =0.195[m] Diámetro Externo del tanque =0.244[m] Altura del tanque =0.308[m] Altura del agua en el tanque =0.225[m] Densidad del agua =1000 [Kg/m3] Cp del agua = 4184 J/Kg ºK Masa de agua = 6.719 [Kg] Temperatura inicial del agua =25 ºC Temperatura del vapor = 100 ºC Prueba #1. Ecuaciones: A = *D*L q = U*A*Tln

mH2O = *V

V = *D2/4*L

q = mH2O*Cp*T

Aplicando un balance de energía en estado no estacionario: dT  U i Ai (Tv  T ) dt T  Ti UAtT ln v  Tv  T f mC p mC p

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Tabla N°1: Prueba 1. Temperatura ºC 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

t tiempo [s] 0 44,64 56,19 60,16 60,47 120,2 120,21 120,39 180,8 180,29 180,52 240,15

Ui 228,677 376,813 548,806 758,895 499,105 628,745 772,561 623,705 751,977 900,455 814,350

U promedio: Uprom =708,604 kcal/hm2°C

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 

Se puede observar que el valor de U no varia mucho se mantiene casi constante en la prueba 1 y 3. 4



Cuando hay intercambio de calor en contracorriente entre 2 fluidos se alcanza un estado estacionario en el cual la temperatura del liquido calentado no varia mas, esto se pudo demostrar en la prueba 3

7.- BIBLIOGRAFIA 

“Problemas de Ingeniería Química”. Joaquín OCON García. Gabriel TOJO Barreiro. Colección Ciencia y Técnica-Aguilar. Madrid, España. 1978. 3° Edición;



TOMO I: Capítulo 5.



“ Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias”. Christie J. Geankoplis.

Edit.

Continental, S.A. 2da Edición. México, 1995. 

“ Fenómenos de Transporte”. R.B. Bird,

W.E. Stewart

y E.N. Lightfoot.

Editorial Reverté, S.A. 2da Edición. México, 1995. 

“

Flujo

de

Fluidos

e

Intercambio

de

Calor”.

Octave

Levenspiel.

Editorial Reverté, S.A. España, 1996. 

“Manual del Ingeniero Químico (Tomo I)”. Robert H. Perry/ Cecil H. Chilton.



“Operaciones Básica de Ingenieria Química ( Tomo I)”. Mc-Cabe Smith

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