S.E.P.
S.E.S
D.G.E.S.T
I)STIT*T+ TE,)+L-GI,+ DE "G*"S,"LIE)TES S*DI/E,,I-) ","D01I," DEP"/T"1E)T DEP"/T"1E)T+ + DE I)GE)IE/2 I)GE) IE/2" "
Ingeniería Química Laboratorio Integral I Profesor: M.I. Francisco Javier Alvarado Montoya
Práctica: “Perdidas de calor en tuberías aisladas sin aislar!
Integrantes: Carlos Fabián Fabián Esparza Cervantes. Miguel Deodato Martínez Lpez. Martin Adrián !a"írez Ca"pos. #abriela !uiz $rtega. Carlos Andr%s &orres Marín. Ileana 'aren (eláz)uez Arau*o. "guascalientes# "gs. $ de no%iembre del &'$(
PRÁCTICA. EFICIENCIA DE UN AISLANTE
Objetivo Determinar el porcentaje de eficiencia de un aislante presente en una tubería a través de la cual se transporta vapor de agua, mediante la medición de la cantidad de condensado obtenido en un lapso de tiempo determinado. Introducción En la transferencia de calor existente a través de un equipo o elemento entre dos entornos (interior y exterior tienen lugar los tres mecanismos típicos de conducción, convección y radiación.
El mecanismo de conducción (transferencia de calor a través de un material sin movimiento macroscópico se reali!a a través de los materiales sólidos. El mecanismo de convección (transferencia de calor por conducción con existencia de un movimiento macroscópico de los materiales se reali!a a través de los gases o líquidos, pudiendo ser el movimiento provocado o natural (por diferencia de densidades. El mecanismo de radiación (transferencia de calor entre superficies, sin la necesidad de la presencia de un medio material entre ambas se reali!a a través del vacío o de medios transparentes o semitransparentes. ("inisterio de #ndustria, $urismo y %omercio, &'' En la actualidad se busca incrementar la eficiencia energética en los diversos procesos industriales y también en el )ogar* pues de esta manera se reduce la contaminación al medio ambiente y se reducen los gastos derivados del consumo de combustibles y otras fuentes energéticas. En la actividad industrial el calentamiento en los procesos se )ace mediante vapor que es transportado a través de tuberías desde la sección de servicios donde se encuentran las calderas )asta el +rea de proceso, esto provoca que en el camino se pierda calor y se consuma mayor cantidad de combustible. ara reducir estas pérdidas de calor se usa una o varias capas de material aislante sobre los tubos. -os materiales aislantes son de diversa composición y textura con la característica de ser malos conductores de calor. En un tubo se puede determinar la eficiencia de un aislante si se )ace circular vapor de agua a una temperatura conocida y determinando la cantidad de
condensado que se produce en un lapso de tiempo* pues es sencillo calcular la cantidad de calor perdido ( q por esa masa ( m de condensado dado el C p gradiente de temperatura ( ∆ T , conociendo la capacidad calorífica ( y la
entalpia de vapori!ación (
Δ H vap
para el cambio de fase. C (¿ ¿ p ∆ T + Δ H vap ) q =m ¿
Desarrollo experimental Material $ubo de cobre $ubo de acero galvani!ado $ermómetro %ronómetro %inta métrica "aterial aislante (lana de vidrio aso de precipitados /'' ml robeta /'' m-
Reactivos agua
Procedimiento +. Medir la longitud de los tubos. ,. Abrir la válvula de ingreso de vapor en cone-in con el tubo de cobre con aislante y veri/car la presin de ali"entacin de vapor. 0. Encender la caldera. 1. Abrir la válvula del 2ondo para purgar todo el lí)uido )ue encuentre en el siste"a y lograr con ello el estado estable en la tubería respecto al interca"bio de calor. 3. Iniciar el cron"etro4 registrar te"peratura de la tubería a"biente y la presin "ano"%trica. 5. En intervalos de tie"po de 3 "inutos repetir el paso cinco y colocar en la salida de la válvula del 2ondo un vaso de precipitado en el cual se recolectará el condensado. 6. Medir la te"peratura del condensado y volu"en usando la probeta y calcular la "asa. 7. !epetir todos los pasos anteriores para la tubería de cobre con8sin aislante4 así ta"bi%n para el tubo de galvanizado.
Resultados
,obre sin aislante Tiem4o 5min6
P% 54si6
P% 54sia6
Tem4eratura e7terior tubería 58,6
Tem4eratura ambiente 58,6
' ( $' $( Promedio
,7 ,5 ,3 03
1,.5939 1:.5939 09.5939 19.5939
97 +:, +:: ++:
,+ ,+ ,+ ,+
&9.(
;.$<(<
$'&.(
&$
;e obtuvo un volu"en de condensado de +35 "l con una te"peratura de 36.9716. Co"o? m= ρV
(
m=
.9847
gr ml
)∗(
156 ml
)=153.6132 gr
P% 54sia6
Tem4eratura de %a4or saturado 58,6
,4 5cal=gr 8,6
>?%a4 5cal=gr6
;.$<(<
+00.,69
+.:+69
3+5.56+9
Co"o? ∆ T =( T v −T l ) ∆ T = ( 133.279 −57 ) ° C =76.279 °C
Co"o? q =m ( Cp∆ H + ∆ H vap )
q =153.6132 gr ∗[
(
1.0179
)(
cal ∗76.279 °C gr°C
q =91294.8278 cal= 91.2948 kcal
+
516.6719
cal gr
)]
Co"o la tubería "edía 77.3 c" calcula"os el calor cedido por longitud de tubo. q=
91294.8278 cal 0.885 m
=103157.9975
cal m
,obre con aislante Tiem4o 5min6
P% 54si6
P% 54sia6
Tem4eratura e7terior tubería 58,6
Tem4eratura ambiente 58,6
' ( $' $( &' Promedio
3: 16 11 1, 16
51.5939 5+.5939 37.5939 35.5939 5+.5939
++7 +,+ +0: +,9 +,+
,+ ,+ ,+ ,+ ,+
@
@'.@<(<
$&;.9
&$
;e obtuvo un volu"en de condensado de 0,: "l con una te"peratura de 15.9796. Co"o? m= ρV
(
m=
.9897
gr ml
)∗(
320 ml
)=316.704 gr
P% 54sia6
Tem4eratura de %a4or saturado 58,6
,4 5cal=gr 8,6
>?%a4 5cal=gr6
@'.@<(<
+13.,3
+.:,,+
3:7.:+3
Co"o? ∆ T =( T v −T l ) ∆ T = ( 145.25 − 46 ) °C = 99.25 ° C
Co"o?
q =m ( Cp∆ H + ∆ H vap )
(
q =316.704 gr∗[
1.0221
)(
cal ∗99.25 ° C + gr°C
508.015
cal gr
)]
q =193017.921 cal=193.0179 kcal
Co"o la tubería "edia 77.3 c" calcula"os el calor cedido por longitud de tubo. q=
193017.921 cal 0.885 m
=218099.3158
cal m
Co"o?
=
ɳ
=
q a−q sa qsa
∗100
218099.3158
ɳ
−103157.9975
103157.9975
∗100 =111.4226
Gal%aniAado con aislante Tiem4o 5min6
P% 54si6
P% 54sia6
Tem4eratura e7terior tubería 58,6
Tem4eratura ambiente 58,6
' ( $' $( &' Promedio
07 05 01 0, 0:
3,.5939 3:.5939 17.5939 15.5939 11.5939
96 +:5 +:3 ++5 ++7
,+ ,+ ,+ ,+ ,+
;
9.@<(<
$'9.
&$
;e obtuvo un volu"en de condensado de ,63 "l con una te"peratura de 53.97:3. Co"o? m= ρV
(
m=
.9805
gr ml
)∗(
275 ml
)=269.6375 gr
P% 54sia6
Tem4eratura de %a4or saturado 58,6
,4 5cal=gr 8,6
>?%a4 5cal=gr6
9.@<(<
+06.1:6
+.:+9,
3+0.61+:
Co"o? ∆ T =( T v −T l ) ∆ T = ( 137.407 − 65 ) ° C =72.407 °C
Co"o? q =m ( Cp∆ H + ∆ H vap )
q =269.6375 gr ∗[
(
1.0192
)(
cal ∗72.407 ° C gr°C
+
513.7410
cal gr
)]
q =158422.3353 cal=158.4223 kcal
Co"o la tubería "edía 77 c" calcula"os el calor cedido por longitud de tubo. q=
158422.3353 cal 0.88 m
cal m
=180 025.3815
Gal%aniAado sin aislante Tiem4o 5min6
P% 54si6
P% 54sia6
Tem4eratura e7terior tubería 58,6
Tem4eratura ambiente 58,6
' ( $' $( Promedio
00 0, 0: ,9
16.5939 15.5939 11.5939 10.5939
73 +:+ +:7 +:6
,+ ,+ ,+ ,+
;$
(.@<(<
$''.&(
&$
;e obtuvo un volu"en de condensado de ,++ "l con una te"peratura de 51.97+:. Co"o? m ρV =
(
m=
.9810
gr ml
)∗(
211 ml
)=206.991 gr
P% 54sia6
Tem4eratura de %a4or saturado 58,6
,4 5cal=gr 8,6
>?%a4 5cal=gr6
(.@<(<
+03.,:3
+.:+75
3+3.0:13
Co"o? ∆ T =( T v −T l ) ∆ T =( 135.205− 64 ) °C =71.205 °C
Co"o? q =m ( Cp ∆ H + ∆ H vap )
q =206.991 gr ∗[
q
=
(
1.0186
)(
cal ∗71.205 ° C + gr°C
515.3045
cal gr
)]
121676.3295 cal=121.6763 kcal
Co"o la tubería "edía 77 c" calcula"os el calor cedido por longitud de tubo. q=
121676.3295 cal 0.88 m
=138268.5563
cal m
Co"o?
=
ɳ
=
ɳ
q a−q sa qsa
∗100
180025.3815
−138268.5563
138268.5563
E%idencias
∗100 =30.1998
Conclusión La literatura reporta )ue los aislantes ayudan a )ue las perdidas de calor en tuberías sea "enor lo )ue per"ite reduccin de costos en las e"presas4 y )ue esta reduccin de perdida puede ser co"probada con un e-peri"ento de este tipo obteniendo "as condensado cuando la tubería no esta aislada a cuando lo esta. ;in e"bargo en el desarrollo llevado a cabo se obtuvieron los resultados contrarios por razones )ue no están claras. @or otra parte se sabe )ue una parte 2unda"ental de la e-peri"entacin son las repeticiones por el largo lapso de tie"po )ue ocupa este desarrollo 2ue i"posible acer esto pero es una posible solucin.
Bibliografía •
Geanoplis! C"#" $%%&" Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. "éxico 0 %.E.%.1.2., 3445. p+g. 466.
•
•
Ministerio de Industria! 'urismo ( Comercio" )**+" 7)ttp088999.idae.es8uploads8documentos8documentos:3'/6':Diseno:y:cal culos:aislamiento:2#1-2":;$<:':'3ee>5'='5=3. Ocon! #oa,uín ( 'ojo! Gabriel" $%-+" Problemas de Ingeniería Química. "adrid 0 2guilar, 34>. p+gs. 3>=3, 6'6. ol. 3.
