INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INGENIER ÍA QUÍMICA INDUSTRIAL INDUSTR IAL
A C A D E M I A D E O P E R A C I O N E S U N I T A R I A S
LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
PRACTICA No. 3: “TUBOS CONCÉNTRICOS” EQUIPO 6 Integrantes • • • • • • • •
Bernal Rodríguez Yéssica Areli Culebro Reyes a!id "i#énez Al!a $enia %&erezada "i#énez Cuellar Pablo 'E(ui)o *o+ , .edina Es)inoza Ianel .unguía C&/!ez "osé 0rancisco 'E(ui)o *o+ ,Oca1a 2ergara Araceli "oana 'E(ui)o *o+ ,Padilla 3i#4n 3i# 4n Yessica Yessica Andrea
5ru)o 7I.76
0ec&a 78 de Enero de 79:, INTRODUCCIÓN
En un interca#biador de calor )artici)an dos o #/s corrientes de )roceso; unas act
o costo; la )rinci)al des!enta>a es la )e(ue1a su)er=icie de trans=erencia de calor contenida en una &or(uilla si#)le+ Cuando se usa con un e(ui)o de destilaci4n se re(uiere gran n<#ero de &or(uillas y en cada &or(uilla e?iste la )osibilidad de =ugas debido a las cone?iones+ Cuando e?iste una di=erencia de te#)eratura entre un tubo y el =luido (ue circula )or él; se trans=iere calor entre la )ared del tubo y el =luido+ El =lu>o de calor interca#biado )or unidad unidad de tie#)o; tie#)o; )uede )uede e?)resarse e?)resarse en =unci4n =unci4n de un /rea de interca# interca#bio bio 'A-; una di=erencia de te#)eratura característica '@-; siendo la constante de )ro)orcionalidad el coe=iciente de trans=erencia de calor '&-+ Para tubos tubos co#)leta co#)leta#ent #ente e llenos; llenos; régi#en régi#en estacion estacionario ario y secci4n secci4n trans!er trans!ersal sal circular circular uni=or#e; el coe=iciente de trans=erencia de calor es =unci4n del di/#etro del tubo; largo del tubo; tubo; densida densidad; d; !iscosida !iscosidad; d; calor calor es)ecí= es)ecí=ico; ico; conducti conducti!ida !idad d tér#ica tér#ica y !elocida !elocidad d )ro#edio del =luido+ 3os interca#biadores de calor son e(ui)os (ue )er#iten el calenta#iento; ca#bio de =ase o en=ria#iento de un =luido 'li(uido o gas- )or #edio de otro =luido a di=erente te#)eratura y se)arado )or una )ared general#ente #et/lica+ Un interca#biador de calor es un dis)ositi!o dise1ado )ara trans=erir calor entre dos #edios; (ue estén se)arados )or una barrera o (ue se encuentren en contacto+ %on )arte esencial de los dis)ositi!os dis)ositi!os de cale=acci4n; re=rigeraci4n; acondiciona#iento acondiciona#iento de aire; )roducci4n de energía y )rocesa#iento (uí#ico+ Un interca#biador de calor es un a)arato (ue trans=iere energía tér#ica desde un =luido a alta te#)eratura &acia un =luido a ba>a te#)eratura; con a#bos =luidos #o!iéndose a tra!és del a)arato+ 3os interca#biadores de calor tienen di=erentes no#bres sege#)lo usan )ri# )ri#ar aria ia#e #ent nte e )ara )ara cale calent ntar ar =lui =luido dos s de )roc )roces eso o y Los calentador calentadores: es: %e usan general#ente es utilizado !a)or co#o =luido de calenta#iento; )ara este =in+
Los enr!adores: %e e#)lean )ara en=riar =luidos de )roceso el agua es utilizada co#o el #edio en=riador )rinci)al+
Los condensadores: %on en=riadores cuyo )rinci)al )ro)4sito es eli#inar calor latente )ara lograr la condensaci4n de un gas+
Los "er#!dores: @ienen el )ro)4sito de su)lir los re(ueri#ientos de calor en los )rocesos de destilaci4n co#o calor latente+
Los e#a$oradores: %e e#)lean )ara la concentraci4n de soluciones )or e!a)oraci4n de agua; si se e!a)ora otro =luido ade#/s del agua; la unidad se lla#a !a)orizador+
PART%S D% UN INT%RCA&BIADOR D% TUBOS CONCÉNTRICOS: 3as )artes )rinci)ales son dos >uegos de tubos concéntricos; dos tés conectoras; un cabezal de retorno y un codo en U+ 3a tubería interior se so)orta en la e?terior #ediante esto)eros y el =luido entra al tubo interior a tra!és de una cone?i4n roscada localizada en la )arte e?terna del interca#biador+ 3as tés tienen bo(uillas o cone?iones roscadas (ue )er#iten la entrada y salida del =luido; el /nulo (ue cruza de una secci4n a otra a tra!és del cabezal de retorno+ 3a tubería interior se conecta #ediante una cone?i4n en U (ue est/ general#ente e?)uesta; )ues no re)resenta una su)er=icie considerable )ara la trans=erencia de calor; cuando se arregla en dos )asos; co#o en la =igura; la unidad se lla#a &or(uilla+
T'(os $ara !nterca)(!adores de calor:
3os tubos )ara interca#biadores de calor ta#bién se conocen co#o tubos )ara condensador y no deber/n con=undirse con tubos de acero u otro ti)o de tubería obtenida )or e?trusi4n a ta#a1os nor#ales de tubería de &ierro+ El di/#etro e?terior de los tubos )ara condensador o interca#biador de calor; es el di/#etro e?terior real en )ulgadas dentro de la tolerancia #uy estricta+ Estos tubos )ara interca#biador se encuentran dis)onibles en !arios #etales; los (ue incluyen acero; cobre; ad#iralty; #etal .untz; lat4n; D989 cobrení(uel; alu#iniobronce; alu#inio y aceros ino?idables+ %e )ueden obtener en di=erentes gruesos de )ared; de=inidos )or el calibrador Bir#ing&a# )ara ala#bre; (ue en la )r/ctica se re=iere co#o calibrador BF5 del tubo+
CLASI*ICACIÓN D% LOS INT%RCA&BIADOR%S D% CALOR: 3os interca#biadores de calor )ueden clasi=icarse seg
Interca)(!adores de contacto !nd!recto:
•
Alternat!#os: A#bos =luidos recorren un #is#o es)acio de =or#a alternada; la
•
#ezcla entre los =luidos es des)reciable+ De s'$er!c!e: %on e(ui)os en los (ue la trans=erencia de calor se realiza a tra!és de una su)er=icie; cilíndrica o )lana; sin )er#itir el contacto directo+
E?isten dos ti)os de interca#biadores de contacto indirecto G
3os ca#biadores de =lu>o )aralelo 'interca#bio lí(uido lí(uido-
G
3os ca#biadores de =lu>o cruzado 'interca#bio lí(uido gas-
Clas!!cac!+n de los !nterca)(!adores de calor de s'$er!c!e 3os interca#biadores de =lu>os )aralelos; se utilizan general#ente )ara el interca#bio tér#ico lí(uidolí(uido; #ientras (ue los de =lu>os cruzados se utilizan general#ente en el interca#bio lí(uidogas+
Interca)(!adores de calor t'('lares El ca#biador indirecto #/s si#)le es el ca#biador de tubos concéntricos consta de dos tuberías concéntricas; una en el interior de la otra; circulando los dos =luidos )or el es)acio anular y )or la tubería interior+ 3os =lu>os )ueden ser en el #is#o sentido 'corrientes )aralelas- o en sentido contrario 'contracorriente-+
Trans)!s!+n de calor $or cond'cc!+n 3a conducci4n es la =or#a en (ue tiene lugar la trans=erencia de energía a escala #olecular+ Cuando las #oléculas absorben energía tér#ica !ibran sin des)lazarse; au#entando la a#)litud de la !ibraci4n con=or#e au#enta el ni!el de energía+ Esta !ibraci4n se trans#ite de unas #oléculas a otras sin (ue tenga lugar #o!i#iento alguno de traslaci4n+ En la trans#isi4n de calor )or conducci4n no &ay #o!i#iento de #ateria+ 3a conducci4n es el #étodo #/s &abitual de trans#isi4n de calor en )rocesos de
calenta#ientoHen=ria#iento de #ateriales s4lidos o)acos+ %i e?iste una gradiente de te#)eratura en un cuer)o; tendr/ lugar una trans#isi4n de calor desde la zona de alta te#)eratura &acia la (ue est/ a te#)eratura #/s ba>a+ El =lu>o de calor ser/ )ro)orcional al gradiente de te#)eratura+
Trans)!s!+n de calor $or con#ecc!+n Cuando un =luido circula alrededor de un s4lido; )or e>e#)lo )or el interior de una tubería; si e?iste una di=erencia de te#)eratura entre a#bos; tiene lugar un interca#bio de calor entre ellos+ Esta trans#isi4n de calor se debe al #ecanis#o de con!ecci4n+ El calenta#iento y en=ria#iento de gases y lí(uidos son los e>e#)los #/s &abituales de trans#isi4n de calor )or con!ecci4n+ e)endiendo de si el =lu>o del =luido es )ro!ocado arti=icial#ente o no; se distinguen dos ti)os =orzada y libre 'ta#bién lla#ada natural-+ 3a con!ecci4n =orzada i#)lica el uso de alg
,%NTA-AS D%S,%NTA-AS D%L INT%RCA&BIADOR D% TUBOS CONCÉNTRICOS. ,enta/as: ise1o Es #uy =/cil realizar sus )artes est/ndar )ara un )osterior #onta>e+ .onta>e %e )uede ensa#blar en cual(uier taller de )lo#ería+ Costos Pro)orciona su)er=icies de trans=erencia de calor a ba>o costo+
Des#enta/as: @rans=erencia 3a )rinci)al des!enta>a es la )e(ue1a su)er=icie de trans=erencia de calor contenida en una &or(uilla si#)le+ 0ugas Cuando se usa con un e(ui)o de destilaci4n se re(uiere gran n<#ero de &or(uillas y en cada &or(uilla e?iste la )osibilidad de =ugas debido a las cone?iones+ Es)acio Para los )rocesos industriales (ue re(uieren grandes su)er=icies de trans=erencia de calor; se necesitan gran n<#ero de e(ui)os; los (ue no se )ueden aco#odar en )e(ue1os es)acios+ %e reco#ienda el uso de tubos concéntricos )ara su)er=icies )e(ue1as ':99799 =t 7-+ .anteni#iento El tie#)o y gastos re(ueridos )ara des#ontarlos y realizar li#)iezas son )ro&ibiti!os; co#)arados con otros ti)os de e(ui)os+
TABLA D% DATOS %0P%RI&%NTAL%S
Lect'ra Ter)o$ar 9 de :6 Rot1)etr :D o:D :D K9 :
P
T L%CTURA T D%L T%R&OPAR T 4cond t Ter)o$ar 7 Ter)o$ar 3 Ter)o$ar
#a$or
8,#a$or 8, 8, 8,JC 8,:98 8,
$g=Hc#7 9+,
:
cond
:9:cond2r!o :97 :97 JC :97 JC :98 :97 :D :98
:97 :97 :97 c# :97 8+D :98 :9:
a5'a
JC :K
1.- CÁLCULO DEL GASTO VOLUMETRICO DEL AGUA
5!a al :99 L :9+,K 3H#in
| | |
3
5!a L :9+,K
|
3
m =0.57186 h
7.2 C6LCULO D%L 8ASTO &ASA D% A8UA
5#a L 5!a Ma NL $gH& ρagua@ 19 ° C = 998.66
998.66
(
5#a L
Kg m
3
kg m
3
= 571.0938 3
m 0.57186 h
Kg h
)
∗¿
3.2 C6LCULO D%L 8ASTO ,OLU&ÉTRICO D%L COND%NSADO
5!a L
π ∗d ∗∆ Z 3 4 i m θ h
di L 8+, c#
[ ]
ϴ
a5'a2
:K :K :K JC:K 8679 79
cal!ente
C6LCULOS:
90 60 min 1 m L ∗ 1h 1000 L Min 100
t Ter)o$ar ;
#in :,
π 5!a L
4
(
(
m) ∗ 2
−2
∗ 38.5 ¿ 10
−2
3.7 ¿ 10
0.25 h
)
3
= 0.01723
m h
.2 C6LCULO D%L 8ASTO &ASA D%L COND%NSADO 5#!c L 5!!c Ma
¿
[ ] Kg h
Kg A :D JC Ma L KK+66
(
5#!c L
3
m 0.01723 h
5#!c L :D+796K
m
)(
3
998.66
Kg 3 m
)
Kg h
;.2 CALCULO D%L CALOR 8ANADO O ABSORBIDO POR %L A8UA <= a> Qa L 5#aC)'t7 t:-
[¿ ]
[ ] Kcal h
A 7D+,JC el !alor de C) L 9+KKK
Qa L
(
571
) (
Kg h
Qa L K6KS+6
∗
. 999
Kcal Kg °C
)(
Kcal Kg° C
∗ 36 −19 ) ° C
Kcal h
?.2 CALCULO D%L CALOR C%DIDO POR %L ,APOR <=#> Q! L 5#!cT e tablas de !a)or a )resi4n absoluta se obtiene (ue
TL ,8D+SD:
Kcal Kg
(
Q! L
17.2069
) (
Kg h
∗
537.4871
)
Kcal Kg
Kcal h
Q! L K7S+SK
.2 CALCULO D% LA %*ICI%NCIA TÉR&ICA D%L %=UIPO L
( )
L
(
Qa Qv
∗100
9649.6 9248.49
)
∗100=104.8
8.- CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Ue?) L
[
Qa Kcal [ ¿] 2 A∗ Δ T ML m h ° C
9694.6
Ue?) L
]
Kcal h
( 0 .20109 m ) ( 75.18 ° C ) 2
Kcal Ue?) L 6S:+,,:,
2
m h °C
.2 CALCULO D% LA &%DIA LO8ART&ICA D% LA DI*%R%NCIA D% LA T%&P%RATURA Δ T 1− Δ T 2
[email protected] L
[email protected] L
ln
( ) Δ T 1 Δ T 2
=
( T V −t a ) −( T V −t acaliente ) ( T V −t a ) ln ( T V −t acaliente )
(
)
( 103 −19 ) °C −( 103 −36 ) °C =75.18 ° C ( 103 −19 ) ln ( 103 −36 )
(
)
9.2 CALCULO D%L AR%A D% RRANS*%R%NCIA D% CALOR A L Wde3 N#7
A L W
( 2.1333∗10
m )∗( 3.0 m)
−2
m
A L 9+79:9
2
CA3CU3O E 3O% COE0ICIE*@E% E PE3ICU3A I*@ERIOR EX@ERIOR
99.2 CO%*ICI%NT% D% P%LICULA INT%RIOR Para con!ecci4n =orzada dentro de tubos 0.8
*u L 9+977, ¿ ℜ ∗ !
n
n L 9+S )ara calenta#iento 9+8 )ara en=ria#iento
( ) K di
&iL 9+977,
t 1 + t 2 t# L
2
=
( ℜ ) ( ! ) [ ¿ ] Kcal 0.8
0.4
2
h m ° C
( 36 + 19 ) °C 2
=27.5 °C
PROPI%DAD%S A t) E7.;FC Kcal
Kg
Ga E ?.;
hi=.0225
(
m
HaE 3.7
3
)(
Kcal .556 hm°C −2
1.58∗10
−2
1.58∗10
(
Kg m∗h
m 2916.659 h 3 .0402
)(
996.5
E .;7?
hm°C
C$E .
Kcal ° C Kg
Kg 3
m
Kg m∗h
Kcal &i L 887D+6S
2
h m ° C
97.2 C6LCULO D% LA ,%LOCIDAD D% *LU-O D%L A8UA v=
"v a A #lu
%$=
"va π ( d ) 4 i
[]
[ ¿ ] m 2 h
)(
) ( 0. 8
Kcal .9983 Kg ° C
)(
0.526
Kg 3 .0402 m∗ h
Kcal hm°C
)
)
0.4
m 0.57186 h !L
π 4
( 1.58∗10
−2
3
=2916.659
m)
2
m h
93.2 CO%*ICI%NT% D% P%LICULA %0T%RIOR
(
2
3
ρ K &g he =0.725 de'ΔT #
)
1 4
[ ¿ ] Kcal 2 h m °C
9.2 Calc'lo de T @= L @! 9+D,V@ = V@= L @! @su)
T v + T c + t a + t a caliente @su)L
4
=
T 1+ T 2 + t 1+ t 2 4
(103 + 103+ 36 +19 ) °C
=
4
=65.25 °C
V@= L ':98JC- '6,+7,JC- L 8D+D,JC @= L :98JC 9+D,'8D+D,JC- L DS+6KJC
PROPI%DAD%S A T E .?FC Kg
Ga E .J3?
m
3
Kg m∗h
Ha E 9.3???
Kcal hm°C
E .;3 K E ;3.J9
Kcal Kg m
5 E 9793? h2
&e L9+D7,
(
(
974.8736
Kg 3 m
)(
)(
2
Kcal hm°C
0.5734
( 2.1333∗10
−2
(
3
537.4871
m ) 1.3666
)
)(
Kcal Kg
127137600
Kg ( 37.75 ° C ) m∗h
m 2 h
)
)
1 4
Kcal
&e L DSS,+K7
2
h m °C
9;.2 CALCULO D%L CO%*ICI%NT% 8LOBAL D% TRANS*%R%NCIA D% CALOR ( te)!ic% =
1 Kcal [¿] 2 1 de ede h m ° C + + hi∗di Kdm he
ato
Kcal hm°C
$ L SS
di + de ( 1.58 + 2.133 )∗10 m −2 = =1.85665∗10 m 2 2 −2
d# L
1
( te)!ic% =
(
Kcal
1.58 cm 3327.64
( 0.2768 cm) ( 2.1333∗10
−2
2.1333 cm
2
h m ° C
+
) (
44
Kcal
)
hm°C
m
( 1.85665 cm)
)
1
+
7445.92
Kcal 2
h m ° C
Kcal
U te4rico L :688+9K h m2 °C
9?.2 CALCULO D% LA D%S,IACIÓN PORC%NTUAL D D% LOS CO%*ICI%NT%S U te+r!co M U e$ *+=
L
( te)!ic% −( exp ( te)!ic%
:99
1633.09 −641.55 ∗100 = 60 1633.09
TABLA D% R%SULTADOS P
8)a
8)#
5c)7
5"
5"
=a cal "
=# cal"
T&L FC
Ue$
"! "e cal")7FC
Uteo
9+,
571.09
:D+796K
K6KS+6
K7S+SK
:9S+
D,+:
6S:+,,:,
887D+6S
DSS,+K7
B%RNAL RODR8U%4 ÉSSICA AR%LI OBS%R,ACION%S 3os interca#biadores de calor de tubo concéntrico tienen la !enta>a de traba>ar a )resiones y te#)eraturas ele!adas; sin e#bargo; en la )r/ctica traba>a#os con 9+, gH7 )ara )oder controlar de #e>or #anera el e(ui)o así co#o )or las condiciones del #is#o+ El e(ui)o debe o)erarse &asta obtener el régi#en )er#anente )ara (ue en este )unto se registren las te#)eraturas de o)eraci4n; )ero )or las )érdidas de calor en el siste#a; no se lleg4 )or co#)leto a éste régi#en )or lo (ue se to#aron las te#)eraturas (ue duraron #/s tie#)o constantes+ ebido a (ue el siste#a no est/ co#)leta#ente aislado; se tienen )érdidas de calor &acia el a#biente; )or lo (ue en ocasiones la te#)eratura #arcada en el tablero no era la #is#a (ue si )onía#os un ter#4#etro a la salida; )ara considerar las )érdidas de calor en el siste#a; se to#aron las te#)eraturas #arcadas )or el ter#4#etro+ Para )oder realizar la #edici4n en la altura del condensado; =ue necesario !aciar un )oco de agua en el tan(ue )or (ue el #edidor de ni!el no alcanzaba a detectar la cantidad de condensado en el #is#o+ %e co#enz4 a to#ar el tie#)o de llenado cuando )udo realizarse una #arca en el #edidor )ara (ue de esta =or#a se deter#inaran las di=erencias de altura+
CONCLUSION%S Con la realizaci4n de la )r/ctica nos =ue )osible conocer el =unciona#iento de un interca#biador de calor de tubos concéntricos de arreglo )aralelo y de acuerdo con los
:688+9K
6
datos obtenidos en la e?)eri#entaci4n y con los c/lculos realizados )udi#os e!aluar el coe=iciente global de trans=erencia de calor concluyendo (ue el !alor del coe=iciente te4rico es #ayor (ue el e?)eri#ental debido a (ue en el )ri#ero se considera un e(ui)o li#)io y sin incrustaciones; sin e#bargo; )or el uso constante del e(ui)o y las condiciones del agua (ue circula )or el #is#o )ara la trans=erencia de calor; )or dentro y =uera del tubo interior se tienen incrustaciones (ue )resentan resistencia &aciendo el coe=iciente de trans=erencia+ Por otro lado; la e=iciencia del e(ui)o se deter#ina en =unci4n del calor absorbido )or el agua y el calor cedido )or el !a)or; d/ndonos dentro de los resultados un !alor #ayor al :99; )or lo (ue )ode#os concluir (ue el calor cedido )or el !a)or es #/s )e(ue1o en co#)araci4n con el absorbido )or el agua debido a (ue la di=erencia de alturas en el condensado es #uy )e(ue1a; )ro!ocando así un gasto !olu#étrico de !a)or )e(ue1o y co#o consecuencia el !alor absorbido+ Esto )uede deberse a errores en la #edici4n; =uga en el tan(ue de condensado o )or =ugas en la tubería )or donde circula el !a)or de agua+ Con los datos obtenidos; ta#bién nos =ue )osible calcular los coe=icientes de )elícula a )artir de las te#)eraturas de entrada y salida tanto del !a)or co#o del agua; analizando de esta #anera y concluyendo (ue al ser #enor el & del agua o & interior; éste coe=iciente sería el (ue controlaría la trans=erencia de calor en el siste#a )ero al tener incrustaciones; éstas son las (ue controlan la trans=erencia de calor+
&%DINA %SPINO4A IAN%L OBS%R,ACION%S: urante la e?)eri#entaci4n al controlar el del rot/#etro &ubo error ya (ue )or distracci4n en #o#entos se #o!i4 el rot/#etro de la #edida (ue se re(uería eso in=luyo en los c/lculos y se re=le>4 en la e=iciencia; ta#bién en la te#)eratura de condensado =rio ya (ue el ter#o)ar #ostraba una te#)eratura di=erente+
CONCLUSION%S: En los interca#biadores de calor; e?isten di=erentes ti)os ti)o uno de los #/s sencillos =ue con el (ue se o)er4 en esta )r/ctica; su uso y #ane>o es #uy sencillo )ero &ubo un as)ecto (ue in=luyo )ara (ue la e=iciencia =uera #ayor ; ade#/s de (ue con este e(ui)o )ode#os traba>ar a gran )resi4n y a altas te#)eraturas; )ero la des!enta>a es (ue no es grande el /rea de trans=erencia de calor )or lo (ue si necesita#os una /rea #/s grande; es necesario a1adir #/s tubos concéntricos lo (ue el e(ui)o se &ace bastante grande &aciéndolo di=ícil de trans)ortar+ En la )r/ctica se tu!o un error en la e=iciencia del e(ui)o ya (ue esta =ue #ayor del :99 y esto no es )osible sabe#os (ue nuestro erro =ue al #edir el condensado ya (ue no lo realiza#os con la )robeta+ Este error se detect4 gracias a los datos y resultados de los c/lculos (ue se &icieron ya (ue los de#/s resultados
OCAQA ,%R8ARA ARAC%LI -OANA OBS%R,ACION%S: Antes de co#enzar a traba>ar con el e(ui)o; se !eri=ic4 (ue todas las !/l!ulas estu!ieras cerradas; )osterior#ente se )urgo la línea de !a)or+ %e a>ust4 la !/l!ula reductora de )resi4n )ara (ue traba>/ra#os a 9+, $gHc# 7; durante la e?)eri#entaci4n se tenía (ue estar #uy atento del !alor (ue indicada el #an4#etro; ya (ue solía !ariar y subir a 9+6 o 9+D $gHc# 7+ %e a>ust4 !arias !eces la )resi4n+ El ni!el del agua del tan(ue )rinci)al; debe )er#anecer constante; el llenado y la succi4n deben &acerse #/s o #enos con la #is#a !elocidad; )ara #antener este ni!el constante urante la e?)eri#entaci4n se es)er4 un tie#)o; a (ue el e(ui)o estu!iera en régi#en )er#anente; es decir (ue las condiciones de traba>o ya no ca#biaran; )ara )oder &acer las lecturas de la )r/ctica+ *o tard4 #uc&o en estabilizarse el e(ui)o; se obser!4 (ue inicial#ente cada ter#o)ar !ariaba )or un grado+ El indicador de ni!el de tan(ue del condensado =rio; ya est/ #uy deteriorado; y #uy sucio; nos =ue di=ícil obser!ar el ni!el del agua; dado (ue no se obser!aba con =acilidad el ni!el y tu!i#os (ue ser #uy )recisos cuando #arca#os la altura (ue &abía !ariado+
CONCLUSION%S: Un interca#biador de calor de tubos concéntricos consiste en dos tubos de di/#etro di=erente; uno en el interior del tubo #/s grande; )or el tubo interno circula agua; (ue es el =luido =rio; #ientras (ue )or el tubo de #ayor di/#etro; o es)acio anular circular !a)or; (ue es el =luido caliente '#ayor te#)eratura-+ 3a trans=erencia de calor ser/ del !a)or al agua+ El agua y el !a)or circulan en la #is#a direcci4n; )or lo cual se dice (ue es un
arreglo en )aralelo+ El e(ui)o tiene : &or(uilla; esta
CUL%BRO R%%S DA,ID OBS%R,ACION%S 3a o)eraci4n del e(ui)o debe de ser )recisa )ara e!itar accidentes y obtener los resultados deseados+ En la )r/ctica se logr4 conocer y analizar el co#)orta#iento del interca#biador de calor a condiciones constantes de )resi4n y te#)eratura deter#inando de esta #anera la e=iciencia tér#ica del e(ui)o; est/ se !e alterada debido al deterioro del e(ui)o+ Co#)roba#os (ue la te#)eratura del =luido caliente dis#inuye a la !ez (ue se des)laza )or el tubo; y la te#)eratura del =luido =río au#enta al des)lazarse; en cual(uier )unto de la longitud
CONCLUSION%S: Es indis)ensable y co#o )arte de nuestra =or#aci4n co#o ingenieros (uí#icos; conocer las =or#as #/s b/sicas de traba>o )ara el interca#bio de calor; a )artir de las cuales se sustenta el traba>o de #/(uinas y )rocesos en la industria+ •
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3os interca#biadores de calor de doble tubo o tubos concéntricos; son de los #/s utilizados a ni!el de industrial; debido a su relati!a =acilidad de instalaci4n; control y #anteni#iento; siendo (ue ade#/s nos brindan una e=iciencia ace)table )ara los )ar/#etros de traba>o+ E?isten di!ersos =actores (ue no se consideraron en esta )r/ctica y (ue )udieron &aber in=luido directa#ente en las #ediciones y c/lculos re)ortados; co#o lo son las resistencias tér#icas debido a las incrustaciones en el interior del tubo+
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%e logr4 identi=icar )untual#ente la =or#a en (ue o)era un interca#biador de calor de tubos concéntricos; las )rinci)ales )artes (ue lo integran; los )ar/#etros de control (ue nos sir!en )ara )oder controlarlo; a#)liando así nuestros conoci#ientos re=erentes al interca#bio de calor; #ediante el en=ria#iento o calenta#iento de un =luido )or contacto de =luidos entre su)er=icies+ %e )uede concluir )or el !alor del )orcenta>e de error del coe=iciente global de trans=erencia de calor calculado de =or#a e?)eri#ental y con res)ecto al !alor te4rico es)erado; (ue la o)eraci4n del e(ui)o no =ue tan e=iciente co#o se es)eraba; sin e#bargo; los n<#eros sugieren (ue los !alores obtenidos; y la des!iaci4n generada; no distan tan signi=icati!a#ente de los !alores te4ricos; deter#inando (ue la )r/ctica se concluy4 satis=actoria#ente+
-I&ÉN%4 AL,A %NIA S%R%4ADA OBS%R,ACION%S %e )uede obser!ar (ue el ca#bio de )resi4n en el siste#a tiene #enor e=ecto (ue el ca#bio en el gasto !olu#étrico de agua lí(uida+ Esto se debe a (ue a un #enor gasto !olu#étrico el =luido )er#anece #/s tie#)o dentro del interca#biador )er#itiendo un #ayor contacto con las )aredes de el tubo interior; )er#itiendo así una #ayor trans=erencia de calor+ @a#bién se )uede obser!ar (ue el ca#bio de )resi4n; no &ay una gran di=erencia en la tras=erencia de calor; incluso se )uede decir (ue la di=erencia es des)reciable; )or tal #oti!o; es reco#endable o)erar el e(ui)o a )resiones ba>as debido a los costos relacionados con la )roducci4n de !a)or+ @a#bién se obser!a (ue cuando se esta lle!ando una #ayor trans=erencia de calor se )uede notar (ue la di=erencia de te#)eraturas es #ayor+
CONCLUSION%S En conclusi4n )ode#os decir (ue es i#)ortante tener cuidado al to#ar el tie#)o (ue tarda el condensado en salir del interca#biador; ya (ue al no tener una di=erencia de alturas correctas esto causa errores en los c/lculos co#o se !io en la e=iciencia; la cual estu!o arriba de :99; otra raz4n )or la cual se tubo este error; )odría ser (ue la !/l!ula de descarga del condensado tenia =uga+ Es #uy i#)ortante to#ar en cuenta con (ue =luido se est/ traba>ando y ba>o (ue condiciones de te#)eratura se encuentra el =luido )ara asi tener los datos correctos de !iscosidad; calor es)eci=ico; coe=iciente de conducti!idad tér#ica; de esta #anera se tendr/ una correcta realizaci4n de c/lculos+ %e )uede obser!ar (ue des)ués de los c/lculos realizados el coe=iciente global de
trans=erencia de calor e?)eri#ental no esta tan ale>ado del te4rico; )ues se tiene un )orcenta>e de des!iaci4n de :S+9S; esta di=erencia se )odría deri!ar )rinci)al#ente a (ue el siste#a de trans=erencia tiene incrustaciones (ue i#)iden un buen resultado en los c/lculos+ 3os tubos concéntricos tienen grandes !enta>as; co#o son de ba>o costo; se )ueden ensa#blar en cual(uier taller de )lo#ería; ade#/s de realizar )artes est/ndar )ara un #e>or #onta>e+ Por otra )arte )oseen una #uy )e(ue1a su)er=icie de trans=erencia de calor; ade#/s tiene el riesgo de =ugas debido a sus cone?iones+
PADILLA LI&ÓN %SSICA ANDR%A OBS%R,ACION%S Al inicio de la e?)eri#entaci4n cuando se realiz4 la )urga )ara co#enzar a o)erar el e(ui)o el agua (ue sali4 tenía un as)ecto un )oco desagradable ya (ue tenía #uc&a suciedad; esto se debía a (ue son )arte de las incrustaciones (ue se !an =or#ando en el e(ui)o y )or ello es necesario realizar la )urga )ara e!itar resistencia a la trans=erencia de calor+ urante la e?)eri#entaci4n las te#)eraturas (ue #arcaba el tablero se encontraban en una !ariaci4n no #ayor a un grado )or ello =ue necesario to#ar un )unto de )artida cuando las te#)eraturas estu!ieran estables )ara co#enzar con la #edici4n del tie#)o )ara la recolecci4n de condensado+ Aun(ue el tie#)o establecido )ara la recolecci4n de condensado =ue relati!a#ente largo; la altura alcanzada )or el #is#o =ue #uy )oca; se considera (ue =ue debido a (ue alguna de las !/l!ulas no estaba co#)leta#ente abierta+ En cuanto al e(ui)o considero (ue &abía algunas secciones (ue tenían e?ceso de tubería; ede#as de (ue los ter#o)ares no daban el dato e?acto de las te#)eraturas; eso lo )udi#os corroborar al #edir con un ter#4#etro con!encional la te#)eratura del condensado =rio a la salida+ En la cual e?istía una !ariaci4n de dos grados con res)ecto a la te#)eratura considerada en el tablero+
CONCLUSION%S Al calcular la e=iciencia tér#ica del e(ui)o el )orcenta>e es #ayor al :99 esto se )uede deber a !arias cuestiones ; una de ellas es (ue las !/l!ulas del e(ui)o no se encontraban abiertas total#ente y )or ello el calor cedido )or el agua =ue #ayor ; aun(ue esto no a)lica ya (ue el #edio de calenta#iento es el !a)or+
El coe=iciente de )elícula interior es #uc&o #enor al coe=iciente de )elícula e?terior debido a (ue la te#)eratura en la )ared e?terior es #ayor a la interior ya (ue en el es)acio anular circula agua y en el es)acio e?terior !a)or; )or ello el coe=iciente de )elícula controlante en la trans=erencia de calor es la del !a)or+ En el coe=iciente de )elícula e?terior =ue necesario realizar un a>uste en la te#)eratura ya (ue los ter#o)ares solo #iden la te#)eratura en las )aredes del tubo y no en la )arte #edia donde se encuentra la !erdadera trans=erencia de calor entre el siste#a de calenta#iento y el =luido (ue circula en la )arte anular+ El coe=iciente global de trans=erencia de calor te4rico es #ayor al e?)eri#ental esto se debe a (ue el te4rico co#o en la #ayoría de los e(ui)os es calculado ba>o condiciones 4)ti#as; es decir; li#)io; ba>o buenas condiciones de o)eraci4n; etc+ .ientras (ue el e?)eri#ental es calculado con datos to#ados ba>o di=erentes )ar/#etros de o)eraci4n establecidos )or el =abricante; ade#/s de (ue en este se consideran las resistencias al calor (ue se )resentan )or el uso; co#o las incrustaciones; el calor con!ecti!o interior y el e?terior; los cuales son re)resentados con los coe=icientes de )elícula +
&UN8UA C6,%4 -OSÉ *RANCISCO
OBS%R,ACION%S: Es i#)ortante cuidar el =lu>o de ali#entaci4n en el rot/#etro co#o en la ali#entaci4n del ser!icio de !a)or; este o ese régi#en de )er#anencia A&ora bien al e=ectuar el c/lculo de la e=iciencia tér#ica del interca#biador de tubos concéntricos se obser!a (ue la e=iciencia sobre)asa el :99 lo (ue se )uede deber a =ugas en el siste#a o =allas en el lector de te#)eraturas en incluso en el gasto #/sico de los =lu>os tanto el interno co#o el e?terno+ e lo anterior surge la i#)ortancia de !eri=icar correcta#ente el =unciona#iento del e(ui)o y su debido #anteni#iento
CONCLUSIÓN Para e=ectos de la )r/ctica; el interca#biador de calor )er#iti4 la trans=erencia de calor )or #edio de dos =luidos cada uno a di=erente te#)eratura y se)arados )or una )ared de #etal; dic&a trans=erencia se lle!4 a cabo en un arreglo en )aralelo lo (ue signi=ica una #enor e=iciencia en la trans=erencia de calor a di=erencia de un arreglo en contracorriente Analizando el coe=iciente global de trans=erencia de calor te4rico y co#)ar/ndolo con el e?)eri#entales )uede !er (ue est/ des!iado #uy cerca del 69 lo (ue indica (ue el &ec&o de calcular el coe=iciente global #ediante el uso de los coe=icientes de )elícula a=ecta al coe=iciente de trans=erencia de calor+ A&ora bien si co#)ara#os el !alor de &i y de &e; el !alor del coe=iciente conecti!o de calor )ara el agua es #ayor (ue la del !a)or lo
(ue signi=ica (ue tiene #enor resistencia al =lu>o de calor el agua en co#)araci4n con el otro =luido El c/lculo de los coe=icientes de )elícula y del coe=iciente global son #uy i#)ortantes )ara el dise1o de interca#biadores de calor 3os usos #/s =recuentes es )or(ue la secci4n trans!ersal es )e(ue1a; estos ca#biadores #ane>an )oco colu#na de =luido tal co#o se !e en los datos e?)eri#entales; tiene a traba>arse a )resiones y te#)eraturas ele!adas; debido a (ue la relaci4n entre el di/#etro y es)esor es alto; lo (ue le da una alta resistencia #ec/nica+ %in e#bargo al tener )oca /rea de trans=erencia de calor su uso es li#itado; y si se re(uiere au#entarla es necesario unir !arios tra#os de e(ui)o %e satis=icieron los ob>eti!os de la )r/ctica; )ues #/s all/ de calcular coe=icientes globales de trans=erencia de calor se )udo entender el =unciona#iento del e(ui)o+
BIBLIO8RA*IA:
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