camisa y serpentin - copia

7/26/2019 Camisa y Serpentin - Copia

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INSTITUTO

POLITCNICONACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE TRANFERENCIA DE CALOR

PROFESORA:

MARIA CONCEPCION.

ALUMNOS:

FLORES MARTINEZ GUSTAVO

GABINO MARTINEZ TOMAS FERNANDO

EQUIPO 5

5IM3

INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CAMISA Y

SERPENTIN


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Objetivo

En esta practica se estudiara la transmisin de calor a travs de tanques con dostipos diferentes de calentamiento: uno provisto de una chaqueta alrededor de l yotro un serpentn sumergido dentro del liquido a calentar. En ambos casos setrabajara en rgimen permanente con agitacin mecnica del liquido, de talmanera que se obtengan datos suficientes para la comparacin de la eficiencia deambos equipos y determinar cual de los dos tiene mejor transmisin de calor,comparando el valor de sus respectivos coeficientes globales.

Desarrollo de experimentacin

. !erificar que todas las vlvulas del sistema se encuentren cerradas alcomen"ar las pruebas e#perimentales$. !erificar el suministro de agua fra y vapor en este orden%. &lenar el tanque de agua fra'. (ediante el encendido del motor de la bomba alimentar de agua fra l

intercambiador de calor, regulando cuidadosamente con las vlvulas el flujopara obtener un rgimen permanente de operacin

). *uministrar agua alas enfriadores de condensado+. brir parcialmente la vlvula de alimentacin general del vapor y purgar

perfectamente el equipo de alimentacin de vapor para eliminar elcondensado y los gases incompensables que pueda contener.

-. (anteniendo cerrada la vlvula de alimentacin el cambiador de calor, abrircompletamente la vlvula de alimentacin general de vapor y regular lapresin de trabajo, con la lectura indicada en el manmetrocorrespondiente. omo la respuesta no es instantnea en el manmetro, alvariar la abertura de la vlvula reguladora se deber esperar unossegundos para verificar la lectura.

/. Estabili"ar el sistema para lograr el rgimen permanente, manteniendoconstantes los parmetros anteriores.

0. 1or medio de los termmetros respectivos, anotar cada una de las ytemperaturas del sistema a intervalos peridicos cada ) minutos, hastaobtener anotaciones apro# constantes con respecto ala anteriores. uandose ha logrado este se pueda decir que es sistema esta operando a rgimenpermanente y puede procederse a tomar varios datos.

2.errar las descargas de los tanques de medicin y efectuar la lectura de lasdiferencias de nivel en un tiempo lo suficientemente grande para evitarerrores 3) a $2 minutos4. notar tambin la presin de vapor decalentamiento.


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5na ve" que se hayan tomado los datos e#perimentales se procede a parara elequipo mediante la secuela siguiente:

6.errar el suministro de vapor, permitiendo que e la gua fra contin7e circulandopara que se enfri el equipo.

$6. ortar la circulacin de agua al cambiador de calor desconectando el motor dela bomba, y al enfriador, cerrando la vlvula.

%.6 descargar los tanques empleados.

'.6 verificar que todas las vlvulas estn en posicin de cerrado y los s8itches enapagado.

Marco terico

5n intercambiador de calor es un dispositivo construido para la transferencia decalor eficiente de un medio a otro. El medio puede ser separado por una paredslida, de modo que nunca se me"clan, o pueden estar en contacto directo. *onampliamente utili"ados en la calefaccin, refrigeracin, aire acondicionado, plantasde energa, plantas qumicas, plantas de petroqumica, petrleo refineras, y

procesamiento de gas natural.5n ejemplo com7n de un intercambiador de calores el radiador en un coche, en el que la fuente de calor, fluidos de ser un motorcaliente6fro, el agua, la transferencia de calor al aire que fluye a travs delradiador 3es decir, el medio de transferencia de calor4.

El rol del serpentn es el mismo que la chaqueta. 1or lo general, es de un materialque no pueda da9ar al sistema que se encuentra en el tanque, y que perdure en lavida 7til del bioproceso, entre los materiales est: cobre, vidrio, acero ino#idable,que por referencias, nos ha indicado que tiene buenos resultados. *eg7n eldise9o o necesidades del bioproceso, se lo coloca en distintas ubicaciones al

interior del biorreactor, sabiendo que este mtodo es mucho mejor cuando se tratade biorreactores de mayor capacidad donde la chaqueta ya no resulta la mejoropcin.&as chaquetas son menos eficientes que los serpentines, tienen mayor costoinicial y resultan bastante difcil su limpie"a mecnica debido a que el acceso alinterior de la misma es complicado. En comparacin con los serpentines lascamisas son una eleccin ineficiente, ya que un serpentn de la misma superficie


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presenta un mayor intercambio de calor alrededor de $) superior encomparacin con la chaqueta

En la industria un medio muy usado para la transmisin de calor lo constituyen lascamisas y serpentines de calentamiento ya sea en reactores, tanques de

almacenamiento y otros equipos lo que hace importante su estudio.

&os recipientes encamisados en la industria son utili"ados para procesar lotes endonde la diferencia de temperatura de calentamiento o enfriamiento no esconstante.

&a camisa en un recipiente provee mtodo adecuado de calentamiento oenfriamiento en trminos de control, eficiencia y calidad del producto.E#isten varios tipos de camisas destacando en su uso la camisa convencional, lade ojuelos y la de tubo de media ca9a.

Es una cubierta e#tra alrededor de un recipiente en un espacio anulargeneralmente concntrico entre la pared e#terior del recipiente y el interior de lacamisa. Este tipo de recipiente asegura la transferencia de calor en clarea m#imadel recipiente generalmente usa deflectores para asegurar el flujo decalentamiento. &os materiales que se pueden usar para su fabricacin es acero alcarbn, acero ino#idable, nquel, monel 3aleacin4, etc. Estos equipos soneconmicos y generalmente utili"an agitadores para acelerar la transferencia decalor.El serpentn de tubos proporciona uno de los medios ms baratos para superficies

de transferencia de calor, pueden ser de diferentes tipos, siendo el ms com7n elserpentn bafleados y el serpentn helicoidal.

&os materiales de construccin ms usados son acero ino#idable, monel, acero alcarbn, y diferentes tipos de aleaciones.


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Tabla de datos experimentales (camisa)

No. Decorrida

experimental

Temperaturas(C)

Presin delVapor

(kg/cm2)

ecturadel

!ot"metr

o#$/%r

Volumen decondensado

o&tenido 'a 'c

ta

ta2 T tc

2* +*,

- ,.+-

l

min. 000000

2min

Tabla de datos experimentales (serpentn)

No. Decorrida

experimental

Temperaturas

(C)

Presin delVapor

(kg/cm2)

ecturadel

!ot"metro

Volumen decondensado

o&tenido

'a 'c

ta

ta2 T Tc (1)a (1)c

$ -,

+ 3+ ,.++

l

min3.$ 00000

$min

Clculos (camisa)

4 ;asto masa de agua

Gma=Fva

Gma=14

l

min60 min

1 h 1m3

1000l 997 kg

m3

=

/).'%/kg

h

$4 ;asto maso del vapor.


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Gmv=

9.66 l

12 min60 min

1h 1 m3

1000l 997 kg

m3

< '/.))Kg

h

%4 alor aceptado por el agua.

Qa=Gma Cpa(ta2ta 1) [ ](Kcalh )

Qa=851.438kg

h(0.99865 KcalKgC)(5727 ) C=25508.7 (Kcalh )

'4 alor suministrado por el vapor

Qv=Gmv=536.3Kcal

Kg48.1551

Kg

h=25825.6

Kcal

h

)4 lculo de la eficiencia trmica del equipo.

=QaQv

100

Este valor nunca ser superior al 22.

=

25508.7(Kcalh )25825.6

Kcal

h

100 =98.7728

) Gradiente de temperatura.

Tml=tvtm

Tm=(T1+T2)/2


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Tm=104+91

2=97.5 c

T=104 c97.5 c=6.5 c

-4 oeficiente global de transmisin de calor e#perimental se despeja de laconocida ecuacin de =ourier:

(U) exp= Qa

ATml

A=0.67 m2

(U) exp=25508.7(Kcalh )

0.67 m26.5

=5857.34(Kcalhrm2 C )

/4 coeficiente de pelcula

Estos coeficientes de transmisin de calor se calculan mediante una ecuacinteorica6empirica apropiada a las condiciones especficas de cada ocasin. Esteclculo requiere de mucho cuidado para seleccionar la ecuacin adecuada,tomando en cuenta su rango de aplicacin.

L2N

c

hi=0.36kDc


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hi=0.360.556992

kcal

hmC

0.375 m> (

0.142985.2

Kg

m3470

1.8144Kg

mh

)

1

3

(1Kcal

kg k1.8144

Kg

mh

0.556992 kcal

hmC

)

0.14

hi=8108.56

?ota: la correccin de viscosidad se considera ya que el agua es un fluido pocoviscoso.

he=1.13(k

32gcLT!

)1/ 4

he=1.13(0.5569923985.225391.27138108

0.701.19886.5 )1

4=7656.03

04 coeficiente global de transmisin de calor terico

*e utili"an los coeficientes de pelcula y las propiedades de la pared por las queatraviesa el calor:

Uet= 1

0.385

0.3758108.56+

0.010.38538690.38

+ 1

7656.03

Uet= 1

[ 0.383064

4469.77103(0.375)+

0.0080645 (0.383064)45.15(0.3790)

+ 1

6182.3107]=3848.38

Kcal

hm2c

24 porciento de error

Es una medida relativa de comparacin entre los valores e#perimentales y tericodel coeficiente global de transmisin de calor.


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"err#r=(Ue ) t(U) exp

(Ue) t$100

"err#r=

3848.38 Kcal

hm2

c

5857.34

(

Kcal

hm2

C

)3848.38 Kcalhm

2 c

100=52.2027

Clculos (serpentn)

4;asto masa de agua

*e dispone de diferencia de niveles o de pesadas, del tiempo respectivo y losdatos del equipo de tal forma se tiene que:

Gma=Fva

Gma=Gma=15

l

min60 min

1h 1 m3

1000l 997 kg

m3

=

/0-.%kg

h

$4 ;asto maso del vapor de calentamiento.

Gmv=

8.36 l

13 min60 min

1 h 1 m3

1000 l 997 kg

m3

< %/.'+/0Kg

h

&a densidad se eval7a ala temperatura que tiene el condensado al llegar el tanquecolector.

%4 alor aceptado por el agua.


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Qa=Gma Cpa(ta2ta 1) [ ](Kcalh )

Qa=

(897.3

Kg

h

)(0.99865

Kcal

Kg C

)(5136 ) C=13441.3

(

Kcal

h

)

'4 alor suministrado por el vapor

Qv=Gmv [ ](Kcalh )

Qv=38.4689Kg

h

[536.3

Kcal

Kg

]Qv=20630

Kcal

h

)4 lculo de la eficiencia trmica del equipo.

=Qa

Qv100

Este valor nunca ser superior al 22.

=

13441.3(Kcalh )20630

Kcal

h

100 =60

+4 ;radiente de temperatura.

Tml=tvtm

Tm=(T1+T2)/2

Tm=105+85

2=95 c


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T=105 c95 c=10 c

-4 oeficiente global de transmisin de calor e#perimental se despeja de laconocida ecuacin de =ourier:

(U) exp= Qa

ATml

A=0.516 m2

(U) exp=13441.3(Kcalh )

0.51610=2604(Kcalhrm2 C)

/4 coeficiente de pelcula

Estos coeficientes de transmisin de calor se calculan mediante una ecuacin

teorica6empirica apropiada a las condiciones especficas de cada ocasin. Esteclculo requiere de mucho cuidado para seleccionar la ecuacin adecuada,tomando en cuenta su rango de aplicacin.

k32g

2

hi=1.51( 4Gmv0.5L% )13


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1.8144Kg

mh

3

998kg

m3

2

1.27138108

1.8144Kg

m h

2

hi=1.51( 438.4689Kg

h

0.5101.8144Kg

m h)1

3

hi=41530.2

04 calculo de coeficiente de pelcula e#terior.

L2N

Cpk

he=0.87k

D%

10 m2998

kg

m3

2

470

1.8144Kg

m h

0.9951.8144Kg

mh

0.556992

he=0.870.5569920.375 m

he=7118.11


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24 coeficiente global de transmisin de calor terico

*e utili"an los coeficientes de pelcula y las propiedades de la pared por las queatraviesa el calor:

Uet= 1

&e

hi&i+

e&ek&m

+ 1

he

Uet= 1

[ 0.0148

41530.2(0.32)+

0.0021(0.0148)325(0.0138)

+ 1

7118.11]=6732.64

Kcal

hm2c

24 porciento de error

Es una medida relativa de comparacin entre los valores e#perimentales y tericodel coeficiente global de transmisin de calor.

"err#r=Ute#Uexp

Ute#100=

6732.6426046732.64

$100=158.46

Tabla de resultados (camisa)

No.

Corri

da

exp.

4ma

(kg/%r)

4mc

(kg/%r)

5i

(6cal/%r

m27C)

5e

(6cal/%r

m27C)

89ciencia

(:)

;exp

(6cal/%r

m27C)

;teo

(6cal/%r

m27C)

8rror

(:)

/).'%/

'/.)) 8108.56 7656.03 98.772 5857.3 3848.38 52.20

Tabla de resultados (serpentn)


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No.

Corri

da

exp.

4ma

(kg/%r)

4mc

(kg/%r)

5i

(6cal/%r

m27C)

5e

(6cal/%r

m27C)

89ciencia

(:)

;exp

(6cal/%r

m27C)

;teo

(6cal/%r

m27C)

8rror

(:)

/0-.% %/.'+/0 41530.2 7118.11 60 2604 6732.64 158.4

Conclusiones

*e cumpli el objetivo de la practica ya que se determino el coeficiente detransferencia de calor del equipo, as como tambin se determino que el equipo seencuentra en gran estado y funciona correctamente, esto se pudo demostrar al

obtener en resultados que la eficiencia del equipo esta por encima del 0-, lo cuales un gran resultado.

onforme a los datos obtenidos se determino que en la camisa se obtuvo mayoreficiencia, fue muy mnima pero fue mayor que el equipo de serpentin.

El intercambiador de que se encuentra conformado por los dos equipos, camisa yserpentn, es un gran equipo ya que su puede llevar acabo la transferencia decalor de un fluido frio a un fluido caliente a una gran rapide".

Observaciones

En el equipo se encuentran dos precalentadores que no se encuentran enfuncionamiento.


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(ientras se llevaba acabo la operacin del equipo, fue cerrada una vlvula decirculacin del agua la cual impidi que pasara flujo por el rotmetro, por lo tantotuvo que detener la operacin del equipo.

*e trabajo en orden y con buena organi"acin para trabajar con el equipo.

iblio!ra"a

%ttps :@@888.u6cursos.cl@ingenieria@$22+@$@AB)%C@@...@2''$$

CONCLUSION.

uipos de trans=erencia de calor (de camisa ?

serpentin) operando condiciones similares llegando a los siguientes resultados@

4ma(kg/%r

)

4mc(kg/%r)

5i(6cal/%

r

m27C)

5e(6cal/%r

m27C)

89ciencia

(:)

;exp(6cal/%

r

m27C)

;teo(6cal/%r

m27C)

8rror(:)

amisa /).'%/

'/.)) 8108.5 7656.03 98.772 5857.3 3848.38 52.202

*erpentn /0-.% %/.'+/0 41530. 7118.11 60 2604 6732.64 158.46

ue en nuestro caso la trans=erencia de calor es

mas e=ectia en el e>uipo de serpentAn ?a >ue el coe9ciente de trans=erencia

de calo experimental es ma?o al de camisa. B mi punto de ista el error de la

desiacin =ue causa de tomar mal los datos en el la&oratorio o de una mala

operacin del e>uipo.
https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2006/2/IQ53D/1/.../104422https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2006/2/IQ53D/1/.../104422


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Tam&in se llega a la conclusin de >ue la trans=erencia de calor es muc%o mas

eleada desde el uido caliente %acia las paredes del e>uipo de camisaE caso

contrario el e>uipo de serpentAn donde el coe9ciente de pelAcula interior es

menor >ue el exterior.

Como conclusin general podemos decir >ue para trans=erir calor de apor de

agua a agua li>uida es meFor el e>uipo de serpentAn.

LORES MARTINE! GUSTAVO.

D*EF!AD?E*

En esta prctica se puede observar que para llegar al rgimen permanente setarda ms en el intercambiador de calor de camisa que en el intercambiador decalor de serpentn debido a que en el de serpentn ya esta operando el equipo.

D?&5*AG?

(ediante esta prctica se puede comprobar que el intercambiador de calor deserpentn fue el ms eficiente teniendo una eficiencia de /.%% en comparacindel intercambiador de calor de camisa con una eficiencia de )'.), aunque estosresultados posiblemente fueron distintos ya que las variables de condiciones son

distintas pero tambin fueron afectadas debido a como se encuentra el equipo yaque en el de camisa puede ser que tenga incrustaciones o no e#ista unatransferencia de calor adecuado.

(FHI?EJ ;A?D HD(K* =EF??CD

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