• Author / Uploaded
• Christian Martinez

Citation preview

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INEGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS. Laboratorio de Transferencia de Calor. Practica 3: Intercambiador Horizontal de Coraza y Haz de Tubos. Profesor: José Oscar German Ibarra. Equipo 6 Integrantes: López González Virginia Isela. Martínez Girón Christian Andrey Grupo: 2IM51

Tabla de datos experimentales: Lectura de Rotámetr o % 73%

Pv man Kgf/cm2

Tv °C

Tcc °C

Tcf °C

taf °C

tac °C

ΔZa cm

Δ θa min

ΔZc cm

Δ θc min

1

110

1308. 5

109.7 5

23

45

20

3.70 8

15.6

30

Tabla de datos consultados: Nomenclatura. Diámetro del agua fría (Daf) Densidad del agua fría (ρaf) a 23°C Diámetro del condensado frio (Dcf) Densidad del condensado frio (ρcf) a 23°C Calor especifico (Cp) Calor latente (λv) a 110 °C Diámetro exterior (de) Longitud (L) Numero de tubos totales (Nt) Conductividad térmica (K) a 34 °C Dímetro interior (di) Densidad (ρ) a 34°C Viscosidad (µ) a 34 °C Densidad (ρ) a 65°C Conductividad térmica (K) a 65 °C Gravedad (g) Numero de tubos en hilera vertical (Ni) Viscosidad (µ) a 65 °C Espesor (e) Conductividad térmica (K) del material Diámetro medio (dm)

Desarrollo de Cálculos: 1.- Gasto volumétrico del agua. ∆ Z af m π [¿ ] Gv a = D af 4 ∆ θa h

3

Dato con unidades. 0.56m 997.62 Kg/m3 0.39m 997.62 Kg/m3 1 Kcal/Kg °C 532.613 Kcal/ Kg 0.0159m 1.5m 5 0.535 Kcal/h m °C 0.01466m 994.07 Kg/m3 2.6424 Kg/m h 980.45 Kg/m3 0.569 Kcal/h m °C 127137600 m/h2 2 1.5624 Kg/m h 0.00124m 95.2 Kcal/h m °C 0.01528m

0.56 m¿ 2

(

3

0.20 m m =0.7971 0.0618h h π Gv a= ¿ 4

)

2.- Gasto masa de agua. Gma=Gv a∗ρaf [ ¿ ]

Kg h

m3 Kg Kg Gma= 0.7971 997.62 3 =795.2 h h m

(

)(

)

3.-Gasto volumétrico del condensado frio. ∆ Z cf m 3 π [¿] Gv a = D cf 4 ∆ θc h

0.156 m m3 0.39 m¿ =0.0373 0.5 h h π Gv a= ¿ 4 2

(

)

4.- Gasto masa de vapor de agua. Gmvc =Gv cf ∗ρ cf [ ¿ ]

(

Gmvc = 0.0373

Kg h

m3 Kg Kg 997.62 3 =37.21 h h m

)(

)

5.-Calor ganado o absorbido por el agua (Qa). Qa=Gma Cp(t 2−t 1 ) [ ¿ ]

(

Qa= 795.2

Kcal h

Kg Kcal Kcal 1 ( 45−23 ) ° C [ ¿ ] 17494.4 h Kg ° C h

)(

)

6.-Calor (cedido) por el vapor de agua (Qv)

Qv=Gmvc∗λv [ ¿ ]

(

Qv= 37.21 Nota: λ v

Kcal h

Kg Kcal Kcal 532.613 =19818.53 h Kg h

)(

)

se obtiene a la temperatura de 110°C.

7.-Eficiencia térmica del equipo. ŋ=

Qa ∗100 Qv

ŋ=

17494.4 ∗100=88.27 19818.53

8.-Coeficiente global de transferencia de calor experimental o sucio (Ud). Ud=

Qa Kcal [ ¿] ATC ∆ T ML h m2 ° C

Kcal h Kcal Ud= =618.81 2 ( 0.3746 m ) ( 75.47 ° C ) h m2 ° C 17494.4

Media logarítmica de las diferencias de temperatura. ∆ T ML =

∆ T ML =

∆ T 1−∆ T 2 [¿ ]° C ∆T1 ln ∆T2

( 87−65 ) =75.47 °C 87 ln 65

En donde: ∆ T 1=T v −t af [ ¿ ] ° C

∆ T 1=(110−23)° C=87 ° C ∆ T 2=T v −t cf [ ¿ ] ° C ∆ T 1=(110−45)° C=65 °C

Área de transferencia de calor. A TC =πdeL N t [ ¿ ] m2 2

A TC =π ( 0.0159 m ) ( 1.5 m) ( 5 )=0.3746 m

9.- Coeficiente de película interior. Para el flujo turbulento con Re≥10000: hi=0.023

K divρ di μ

0.8

Cpμ K

1 /3

μ μ¿

0.14

( )( )( )

(

[¿]

Kcal 2 hm °C

Kcal ( 0.01466 m ) 944.46 m 994.07 Kg 0.535 3 h m hm ° C hi=0.023 0.01466 m Kg 2.6424 mh

(

)(

0.8

)(

) (

1

Kcal Kg 2.6424 Kg ° C mh Kcal 0.535 hm ° C

)(

)

1/ 3

)

( 1 )0.14 =1344.4

Para flujo laminar y Re hasta 10000 consultar la curva de transferencia de calor del lado de los tubos (Kern). El término de la relación de viscosidades no es muy importante para los líquidos de baja viscosidad tales como el agua, por lo tanto la relación de viscosidades vale 1.0 Nota: Para este cálculo las propiedades físicas se evalúan a temperatura media (tm) del agua.

t m=

(t af −t ac ) [¿ ]° C 2

t m=

(23−45) [ ] ¿ 34 ° C 2

10.- Velocidad de flujo del agua. v=

Gv a = NiAf

Gv a 5

( π4 di ) 2

[¿ ]

m h

Kcal 2 hm °C

(

v= 5

0.7971

m3 h

)

( π4 ( 0.01466 m) )

=944.46

2

m h

11.- Calculo del coeficiente de Película Exterior. he=0.725

he=0.725

[

[

ρ2 K 3 λg 2 3

¿ deμ ∆ T f

(

1 /4

]

Kg 980.45 3 m

[¿ ]

2

)(

Kcal hm ° C

Kcal 0.569 m° C

2 3

(

3

)(

Kcal m 532.613 127137600 2 Kg h

( 2 ) ( 0.0159 m) 1.5624

)(

Kg (38.06 ° C) hm

)

)

]

1 /4

=6854.41

Kcal hm° C

Nota: Para esta calculo las propiedades físicas se evalúan a temperatura de película Tf en donde:

12.-Calculo de la temperatura de película

(T f )

T f =T v −0.75 ∆ T f [ ¿ ] ° C 110−0.75∗¿ ¿ T f =¿ ∆ T f =T v −T ¿ [ ¿ ] ° C

∆ T f =( 110−50 ) ° C=60 ° C Este cálculo es un aproximado de la temperatura de pared (Tsup) o temperatura de superficie. T ¿=

T v + T cf +t a+ t ac [¿ ] °C 4

T ¿=

110+23+ 23+45 =50 ° C 4

En donde: Las propiedades físicas son evaluadas a temperaturas de película (Tf) del vapor condensado. 13. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor teórico o limpio (Uc).

U c=

U c=

1 Kcal [¿] 2 de ede 1 hm ° C + + hidi Kdm he 1 Kcal =1035 2 (0.0159 m ) (0.00124 m)(0.0159 m) 1 hm ° C + + Kcal 6854.41 (1344.4 )(0.01466 m) ( 0.01528 m ) 95.2 Kcal 2 hm °C hm ° C

(

)

14.-Diferencia porcentual de los coeficientes Uc y Ud. %D=

Uc−Ud ∗100 [ ¿ ] Uc

%D=

1035−618.81 ∗100=40.212 1035

15.-Factor de incrustación. Rd=

Uc−Ud [ ] ¿ Uc∗Ud

Rd=

1035−618.81 =0.00065 1035∗618.81

Tabla de Resultados: Gma Kg/h 795.2

Gmv Kg/h 37.21

Qa Kcal/h 17494. 4

Qv Kcal/h 19818.5 3

ŋ 88.2 7

ΔTML °C 75.47

Ud 618.8 1

hi he Kcal/ h m2 °C 1344. 6854.4 4 1

Uc

Rd

%D

1035

0.0006 5

40.2 1

TE

TE

WS

TJ

TE

PI

SS

TE

TI

VBS TE

VBG

TI

PI

T

VB7

TI

Martinez Giron Christian Andrey

Observaciones. -

La temperatura de la entrada del agua permanecio a la misma temperatura que la del

-

agua de salida. Las formulas utilizadas son para terminos generales, se necesitan ecuaciones de agua

-

para tener resultados mas exactos. Los tubos en el equipo afectan en los resultados debido a que son mas cortos. Las condiciones de trabajo del equipo afectan a factores como la presion y la temperatura.

Conclusion. Con los resultados obtenidos podemos ver que hay una diferencia muy grande en los coeficientes de pelicula, el coeficiente interior es mas pequeño debido a que el agua presenta mucha mas resistencia que el vapor. Se pudo notar que el coeficiente global de transferencia sucio es mas bajo debido a las incrustaciones en el equipo, esto es por que el fluido contiene diferentes sales que se precipitan en las paredes de los tubos, mientras que en el limpio se toma solo el area de transferencia de calor. La eficiencia del equipo resulto ser de un 88 por ciento por lo que es considerada baja, ya que debio ser entre un 91 por ciento de eficiencia, esto es resultado de las condiciones en las que se encuentra el aislante del equipo o inclusive por una mala medicion de los resultados. De manera general podemos concluir que nuestros resultados no son exactos, pero nos permiten determinar un aproximacion del comportamiento del equipo, asi como la transferencia de calor que hubo entre el vapor y el agua dentro del intercambiador, y asi poder observar y determinar como se comporta un equipo de coraza y haz de tubos y el fluido al interior del mismo.

López González Virginia Isela.

Observaciones: Durante la experimentación, al terminar de tomar los datos hicimos algunos cambios en las condiciones de trabajo para poder percibir que variaciones había si alguna se afectaba. Por tanto algunas observaciones son:  Al mantener un flujo igual pero bajando la presión se bajaba la temperatura.  Cuando se bajaba el flujo aumentaba la temperatura al igual que la presión.  Al aumentar el flujo la presión tanto como la temperatura bajaban. Más que nada se nota que la presión y la temperatura son condiciones que van muy ligadas. Conclusión: Una vez recabados los datos experimentales y la observación del equipo a diferentes condiciones podemos concluir con la tabla de resultados que el gasto masa del agua es mayor que el gasto del condensado obviamente porque al pasar por calor la transformación de fases disminuye ese volumen sin embargo al observar su calor podemos decir que el agua a comparación del vapor tiene una mayor resistencia al flujo de calor. Por otra parte la eficiencia térmica fue buena con más del 80 por ciento si bien pudo a ver sido mejor esto puede deberse a las incrustaciones presentes o al estado por el que se encuentra nuestro aislante. En caso de nuestro coeficiente sucio y limpio al ser comparados se deja notar que uno es mayor que el otro por ejemplo el coeficiente sucio es menor y esto se debe a que en él se contemplan las incrustaciones, mientras que el coeficiente limpio solo contempla las condiciones del área de transferencia. Sin embargo dentro de este último Uc las condiciones que juegan un papel importante son los coeficientes de película, ya que se manifiestan las condiciones del fluido. Realmente hubo una significante diferencia entre los coeficientes globales del 40% recayendo en que el aislante como el equipo necesitan mantenimiento para general mayor eficiencia en el equipo, puesto que existen incrustaciones que pueden restringir el flujo de calor adecuado que se requiere. Algo que es de suma importancia, es la utilización de las ecuaciones ya que en ella existe un 3% error por lo que al realizar los cálculos es pertinente tomar en cuenta. En fin gracias a lo anterior podemos concluir en que se ha realizado con satisfacción la práctica pues logramos adquirir los conocimientos adecuados para discutir el trabajo que realizo el equipo.