Carrera: “Mantenimiento de Maquinaria de Planta”
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
Profesor: CESAR VERA Alumnos: ALVAREZ GIRALDO, Héctor Rolando CLAROS CL AROS JACINTO, Evelyn SANA AYTA, Gabriel Fernando Grupo: C3 - 05 - B
2013 – II
INTRODUCCIÓN En el presente laboratorio se determinará la eficiencia de un intercambiador de calor, para ello se tendrá que tomar en cuenta algunos aspectos como la temperatura de entrada del agua, temperatura de salida, volumen. La eficiencia de un intercambiador de calor, corresponde a la razón entre el calor del agua y el calor de vapor. La diferencia entre el calor liberado y el calor absorbido corresponderá a las pérdidas en las tuberías y el medio.
1. OBJETIVOS Determinar la eficiencia del intercambiador de calor Determinar las causas de la caída de eficiencia
2. MATERIALES
Un caldero Un intercambiador de calor tipo casco y tubos Destornillador plano Recipiente transparente graduado Fuente de agua fría Un vaso precipitado en ml Un pirómetro
3. SEGURIDAD
Asegúrese que usted y sus compañeros de grupo tienen lentes de protección visual. Recuerde que va a trabajar con fluidos a presión. Deberá contar con la ropa y los implementos de seguridad necesarios antes de comenzar la experiencia. (lentes, overol, botas de seguridad, etc.) Efectúe la revisión de las instalaciones hidráulicas en funcione al plano hidráulico. Energizar el equipo solo después que el profesor lo haya autorizado. Trate de mantener su puesto de trabajo limpio (Utilizar trapo para limpiar el aceite del módulo y del puesto de trabajo) Realizar el armado y desarmado de los circuitos únicamente cuando el sistema este sin presión. (Esto es cuando el equipo este apagado.)
4. FUNDAMENTO TEÓRICO E L IN T E R CA M B I A D O R D E C A L O R
El intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor desde un fluido A (caliente), hacia un fluido B que se encuentra a menos temperatura que el anterior, a través de una barrera solida o que se encuentran en contacto (mezcla). Este dispositivo es parte esencial de los sistemas de refrigeración, generación de energía mecánica y/o eléctrica, procesos químicos, entre otras. Un ejemplo típico lo constituye el radiador de un automóvil. En una central térmica a vapor, tanto el caldero como el condensador son intercambiadores de calor que se encuentran transfiriendo calor. En el primer caso, el calor liberado por el Combustible se transfiere al agua y en el caso del condensador, el vapor cede calor al medio refrigerante, propiciando la condensación del mismo.
Definición: Un intercambiador de calor es un aparato que facilita el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes evitando que se mezclen entre sí.
Tipos de intercambiadores de calor
Partes de intercambiador de calor
ANALISIS TERMODINAMICO Teniendo en cuenta que será evaluado un intercambiador de calor que permite condensar el vapor generado por el caldero, se ha definido la secuencia de cálculo siguiente. La eficiencia térmica de un intercambiador de calor se evalúa según:
Para el calor absorbido por el agua de refrigeración ( ), se tiene:
Donde cp es el calor especifico a presión constante y la diferencia de temperature registrada entre la entra y la salida del agua de refrigeración. Para el calor cedido por el vapor de agua () se tiene:
Donde representa el calor latente de licuefacción, determinada de tablas con la presión del vapor inyectado en el intercambiador. La masa de condensado se determina según:
Donde la variación de volumen de condensado es relacionado con el volumen especifico ( ) del liquid saturado a la presion del vapor inyectado (presión del caldero).
5. PROCEDIMIENTO
a. Identificar los componentes del intercambiador de calor. b. Verificar los instrumentos de medición, identificando sus unidades, rango y precisión de los manómetros, termómetros y medidor de volumen de agua.
c. Identificar la posición de las diferentes válvulas de entrada y salida, tanto del agua como del vapor. Solo se manipulara el vapor con la autorización del profesor instructor. d. Colocar el recipiente graduado a la salida del condensado (línea del fluido caliente). Asegurar un volumen adecuado de agua para evitar salpicadura de agua.
e. Verificar la presión del caldero y alimentar con vapor la tubería principal del intercambiador de calor. f.
Abrir simultáneamente el ingreso del vapor y registrar las temperaturas y presiones correspondientes así como el volumen de agua que se encuentra circulando por el intercambiador.
g. Pasados unos pocos minutos, cerrar las válvulas correspondientes a fin de limitar principalmente, el flujo de vapor. h. Registrar los datos y proceder con el cálculo.
6. RESULTADOS
Para el calor absorbido por el agua. …………………………………. (1)
Datos que tenemos:
Hallando la masa del agua:
Remplazamos en la ecuación 1
Para determinar el calor cedido por el vapor de agua:
………...(2)
Determinar la masa condensada.
…………………………..… (3)
Donde: (Liquido saturado)
Para hallar la masa de condesado se tiene que tener el volumen especifico y lo obtenemos por tablas de agua saturada. Entramos con la presión de salida del caldero en este caso es de 43 PSI o 0.2965 Mapa y se procede a interpolar.
-
0.2701 0.2965 0.3130
0.001070 Va 0.001075
Luego determinamos la entalpia evaporada por tablas igual entramos con la presión de salida del caldero. Interpolación:
- -
0.2701 0.2965
2174.2
0.3130
2159.6
Remplazamos en la ecuación 2
Determinamos la eficiencia del intercambiador de calor:
VARIABLE MEDIDAO CALCULADA Temperatura del agua de ingreso Temperatura del agua de salida Temperatura de ingreso del vapor Temperatura de salida del vapor Presión inicial del caldero Presión final del caldero Volumen especifico del condensado ( )
UNIDAD MAGNITUD 12 ªC ªC 30 ªC 118 30 ªC PSI 43 32 PSI
Densidad del condensado
Volumen de condensado captado Masa del condensado captado Calor especifico del agua de refrigeración
Calor cedido por el vapor Calor absorbido por el agua de refrigeración Calor latente de licuefacción ()
Eficiencia del intercambiador de calor ( )
4.1813
El siguiente cuestionario contribuirá con el análisis de los resultados para posteriormente definir sus conclusiones sobre la experiencia desarrollada
6.1. ¿Porque la eficiencia térmica de los intercambiadores de calor no es del 100% que factores se le atribuyen? Por las pérdidas de calor en las tuberías, Cantidad de codos que hay en el circuito de tuberías. Y Diámetro de las tuberías.
6.2. ¿Solo las características constructivas de los intercambiadores de calor contribuyen con la maximización de la eficiencia térmica? ¿Por qué? No, porque la eficiencia termica de un intercambiador va a estar condicionada además de por su diseño y por el material entre otras cosas, en cuanto al material cuanto mejor conductividad térmica posea mayor será el rendimiento, pero tambien hay que tener en cuenta los factores de convección de los fluidos a ambos lados del intercambiador y factor de radiación. Los parámetros de construcción de intercambiadores de calor son: área de intercambio, caudal de cada uno de los fluidos.
6.3. ¿Qué mantenimiento debe asociarse a la operación de un intercambiador de calor? El más esencial de los mantenimientos que se debe hacer a un intercambiador es un mantenimiento preventivo en este caso una limpieza general. Durante su uso, suele generarse durezas sobre la superficie del material que disminuye la transferencia de calor. Por ello debe limpiarse las superficies conductoras frecuentemente, dependiendo del fluido que circule dentro de él.
6.4. ¿Cómo mejoraría la eficiencia térmica del intercambiador de calor evaluado? La eficiencia mejora con:
-
Mayor área de intercambio. Mayor velocidad de flujo para mayor turbulencia, aunque esto en un equipo ya construido hace que el tiempo de residencia sea menor. Hay que tener en cuenta que la limitante del intercambiador, es la pérdida de carga que genera, por ello se debe calcular cual es la resistencia que genera para evaluar que bomba usar.
-
Reducir la cantidad de líneas de tuberías dentro del intercambiador de calor.
-
Usar menos codos.
-
Reducir el diámetro de las tuberías.
OBSERVACIONES Y ÇCONCLUCIONES
Los intercambiadores de calor son equipos donde se realiza el fenómeno de transporte de transferencia de calor entre los fluido
El recipiente de vidrio (botella) que se utilizado para almacenar el condensado no era el adecuado ya que se perdió un poco de líquido.
Para la prueba hicimos que la temperatura de salida del agua llegue a 30°C ya que si llegaba a más el agua rebalsaría a mayor temperatura mayor salida de agua.
En algunas tuberías hubo pérdida de líquido (agua) ya que la cañerías estaban mal instaladas y hubo fugas.
