condensadores vertical y horizontal

8/9/2019 condensadores vertical y horizontal

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“Condensador Horizontal y Vertical”

Objetivos:Determinar la efciencia térmica de cada equipoDeterminar los comportamientos que tienen los dos equipos encuenta a su tipo de condensaci n!nalizar las condiciones de operaci n del condensador "orizontaly el vertical!nalizar la efciencia térmica del condensador "orizontal conrespecto al verticalDeterminar en cada caso el coefciente #lobal de trans$erencia decalor e%perimental y te rico

&'ntesis (e rica

Condensad

¿Quéson? Funció Convierte el vapor

de su estado#aseoso al estado

Cambiador decalor latente

)os condensadores sonutilizados en lasoperaciones dedestilaci n*evaporaci n*

¿En quése usan?



“Condensador Vertical”

Coeficientes de transferencia de calor más altos Generalmente menos costosos

Mejor distribución del vapor y eliminación dcondensadoMantenimiento costos accesibles

Ventajas

(orres de en$riamiento+adiadoresCalderas+e#eneradoresVe"'culos aeroespaciales

Se necesita de mucho espacio para este equipo

!plicacione

Desventajas

Condensador

Caracter'sticas delCondensador vertical

, Condensador Vertical de cabezal-otante con . tubos* calibre* /01 234 admiralty con una lon#itud de35. m5

di6 757389 m5

de6 7573 ; m5



(ipo decondensados

<or 1oteo

=l vapor entraen contacto

con unasuperfce $ria

y secondensa

se pueden

$ormar aunmas #otas decondensado

=n $orma depelicula

=n la pared se$orma unapelicula de

condensado

• )os condensadores pueden entonces por lo visto en>orma vertical y "orizontal y esto depender? de la!plicaci n que se le dé* esto se defnir? por su $acilidadDe mantenimiento* el tipo de soportes estructurales y el

Costo que implica@ #eneralmente es m?s costoso unVertical5

Dia#rama de >lujo

• Operaci n del equip ACondensador Horizontal y VerticalB

)os coefcientesde

trans$erenciade calor son



<ara fnalizar las operaciones enlos dos equipos se cierran lasv?lvulas de alimentaci n delvapor* se apa#a la bomba y secierra la v?lvula del rot?metro y

(omar datose%perimentales para operara un ré#imen permanente

>ijar condiciones deoperaci n del equipo

3 cmE;

!brir todas lasv?lvulas de la l'neade vapor de manera

!brir la v?lvula dealimentaci n delrot?metro y fjarasto de o eracion

!ccionar el bot npara poner a

$uncionar la /omba

=ner#etizar eltablero de control

!brir las v?lvulas dealimentaci n de a#ua$r'a al tanque dealimentaci n y al*

!brir las v?lvulas desdela alimentaci n* a lasucci n de la bomba* lade recirculaci n y lav?lvula de descar#a a la

Verifcar lasv?lvulas de

alimentaci nestén cerradas



CONDENSACIÓN

Ftiles en &e usan cuando

El vapor hace contacto con una superficie con temperaturainferior a la de saturación del vapor.

Condensador de contacto directo o mezclaCondensador de superficie

El vapor a condensar y el l quido deenfriamiento se mezclan ntimamente.

El vapor que va a condensarse y el l quido deenfriamiento separados por pared metálica.

El vapor condensante no tiene!ran importancia.

"rocesos en los que serecupera el vapor.



&e pueden

C#$%E$S&C'($ %E) *&"#+ %E &G,&

-ormar nuevas !otas de

condensado.

Se desprenden del tubo dejando elmaterial descubierto.

"uede formar !otas en lasu erficie.

En forma deEn forma de !ota



(abla de datos =%perimentales

“Condensador Horizontal”

Lecturadel

Rot !etro

Pv T v T c T cfrio T agua T caliente "#condensa

do

$

G #cm2

C C C C C cm min

377 3 374 374 ;3 ;8 97 4 37

“Condensador Vertical”Lectura

delRot !e

tro

Pv T v T c T cfrio T agua T caliente "#condensa

do

$

G #cm2

C C C C C cm min

44 3 33 33I ;4 ;4 8I ;. 37

(abla de +esultados

Condensador "orizontal

% &!a &!' Qa Q' () "*+L

,e-.

/i /e ,teo

(D

# cm;

# " # " cal"

cal " C cal "m; C

3 3337 935J 3 I7

;;83.5J9

95.4

I953 4 75;

;743

4.;;

38.;

9J5I;

Condensador vertical



% &!a

&!'

Qa Q' () "*+L

,e-.

/i /e ,teo

(D

#cm;

# " #"

cal"

cal " C cal "m; C

3 I.7578I.

3I597.;

;9;534;3

33;.;5943 I85;9I4

.5478

;.4547;4

39858434

83I759 J4

I 75343.

4I537J7

“C?lculos ACondensador HorizontalB”

35K C?lculo del #asto volumétrico del a#ua

Como el #asto volumétrico se encontraba al 377G nos da un #asto de 3 5.lt min

Gva =π 4

d i2 ∆ Z

θ = m3

h

Gva = 18.5 ¿min

= 1.11 m3

h

;5KC?lculo del #asto masa del a#ua5

Gma= Gv a ρa= Kg

h

Gma= 1.11 m3

h x1000 Kg

m3 = 1110 Kgh

85K C?lculo del #asto volumétrico del condensado5

Gv vc=π 4

d i2 ∆ Z

θ = m3

h



0.385 m¿¿

Gv vc=π 4 ¿

95K C?lculo del #asto masa del condensado5

Gmvc = Gvavc ρa= Kg

h

Gmvc = 0.0419 m3

h x1000 Kg

m3 = 41.9 Kgh

.5K C?lculo del calor #enerado o absorbido por el a#ua A Q

a B

Q a= Gm a Cp (t 2− t 1)= kcalh

Q a= 1110 Kgh

x1 kcalkg℃

(40 − 23 )℃ = 18870 kcalh

45K C?lculo del calor cedido por el vapor A Qa B

Qv= Gm v λ= kcalh

Qv= 41.9 Kgh

x532.6 kcalkg

= 22315.94 kcalh

I5K C?lculo de efciencia térmica del equipo5

=Q a

Q v x100



= 1887022315.94

x100 = 84.56

5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental5

! exp= Qa

" ∆ T #$= kcal

m2 h℃

! exp=18870 kcal

h0.3740 m2 x74.18 ℃

= 680.2 kcalm2 h℃

J5K C?lculo de la media lo#ar'tmica de la di$erencia de temperaturas5

∆ T #$ = ∆ T 1− ∆ T 2

ln ∆ T 1∆ T 2

=℃

∆ T #$ = 83− 66

ln 8366

= 74.18 ℃

375K C?lculo del ?rea de trans$erencia de calor5

" = πde$% t = m3

" = π x0.015875 x1.5 x 5= 0.3740 m2

335K C?lculo de coefciente de pel'cula interior5

hi= 0.0225 k di (¿ ρ

& )0.8

(Cp &' )

0.33

= kcalm2 h℃

hi= 0.0225 0.54546

0.0134 (0.0134 x1574 x 10002.6186 )

0.8

(1 x2.61860.53536 )

0.33

= 2061 kcalm2 h℃



t m=t 1 +t 2

2

t m= 23 +40

2

= 31.5 ℃

3;5K C?lculo de velocidad de -ujo de a#ua5

( = Gva

5 " flu)oxtu*o=

Gva

5 π 4

di2= m

h

( =

1.11 m3

h

5 π 4

(0.0134 m)2= 1574 mh

385K C?lculo del coefciente de pel'cula e%terior

he= 0.725 ( ρ2 ' 3 λ g

% i23 de&∆T f )

14= kcal

m2 h℃

he= 0.725 ((1000 )2 x(0.57303 )3 x 532.6 x1.27 x108

523 x0.015875 x1.1242 x 37.25 )

14= 6522.9163 kcal

m2 h℃

395K C?lculo de temperatura de pel'cula A($B

T f = T v− 0.75 ∆ T f

T f = 106 − 0.75 (37.25 )= 78.06 ℃

∆ T f = T v− T ¿



∆ T f = 106− 68.75 = 37.25 ℃

T ¿=T v+T c +t a+t acaliente

4

T ¿=106 +106 +23 +40

4 = 68.75 ℃

3.5K C?lculo del coefciente #lobal de tras$erencia de calor te rico5

! teo= 1

de

hidi+ ede

Kdm+ 1

he

= kcalhm2

℃

! teo= 1

0.01582061 x0.0134

+ 0.00124 x 0.01587597 x0.0146

+ 16522.9163

= 1352.7352 kcalhm2

℃

345K C?lculo de la desviaci n porcentual del coefciente e%perimental5

+, =! teo − ! exp

! teo x100

+, = 1352.7352 − 680.21352.7352

x100 = 49.72

“C?lculos ACondensador VerticalB”

35K C?lculo del #asto volumétrico del a#ua5

Gva =

π 4∗di 2∗∆ Z

θ



Lso del c?lculo directo que nos dice que el rot?metro al 377G nos da un #astode 3J lt min as' que para un 44G del rot?metro tenemos que:

1000 <¿= 0.7524 m3

hr

Gva =0.6∗19 ¿

min1

= 12.54

¿min∗60 min1 hr

∗1 m3

¿

;5K C?lculo del #asto masa de a#ua5

Gma= Gv a∗ ρa

Gma= 0.7524 m3

hr∗996.86 kg

m3 = 750.0375 kgh r

85K C?lculo del #asto volumétrico del condensado5

Gv vc=

π 4∗di 2∗∆ Z

θ = m3

hr

Gv vc=

π 4∗(0.385 m)2∗0.025 m

10 min ∗60 min

1 hr = 0.01746 m3

h r

95K C?lculo del #asto masa de vapor5

Gmvc = Gvvc∗ ρa=kghr

Gmvc = 0.01746 m3

hr∗996.86 kg

m3 = 17.4052 kgh r

.5K C?lculo del calor #anado o absorbido por el a#ua AMaB5

Q a= Gm a∗C p∗(t 2− t 1)= kcalh r



Q a= 750.0375 kgh r∗0.999 kcal

kg∗ K ∗(37− 26 ) K = 8242.1621 Kcal

h r

45K C?lculo del calor cedido AMvB5

Qv= Gm vc∗ λ= kcalh r

Qv= 17.4052 kghr∗646.5 kcal

kg = 11252.4618 kcal

h r

I5K C?lculo de la efciencia térmica del equipo5

= QaQv∗100

=8242.1621 Kcal

h r

11252.4618 kcalh r

∗100= 73.2476

5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental5

! exp= Qa

" ∆ T #$

= kcalm2 h-C

! exp=8242.16 Kcal

h r(0.3741 m2)∗(85.8603 ℃ )

= 256.6026 Kcalh r∗m2

∗℃

J5K C?lculo de la media lo#ar'tmica de la di$erencia de temperatura5

∆ T #$ =∆ T 1− ∆ T 2

ln(∆T 1∆T 2)

= - C

∆ T #$ = 92℃ − 80℃

ln(92℃80℃ )

= 85.8603 ℃



Donde:

∆ T 1= T 1 − t 1 = T v − t a

∆ T 1= 118 ℃ − 26℃ = 92℃

∆ T 2= T 2− t 2= T c− t acaliente

∆ T 2= 117 ℃ − 37℃ = 80℃

375K C?lculo del ?rea de trans$erencia de calor5

" = π ∗de∗ $∗ % t = m2

1∈¿∗1.5 m∗5= 0.3741 m2

" = π ∗0.625 ∈¿ 0.0254 m¿

335K C?lculo del coefciente de la pel'cula interior5

hi=

0.0225 ∗ k di

∗ (d i∗ v∗ ρ & )

0.8

∗(Cp ∗ &' )

0.33

=kcal

h r∗ m2∗ -C

0.527 ∈¿

0.0254 m1∈¿∗1069.3017 ∗996.25 kg

m3

2.7828 kgm∗hr

¿¿¿

0.527 ∈¿ 0.0254 m1∈¿ ∗¿

hi=0.0225 ∗5.3517

cal

hrcm-C

∗1 Kcal

1000 cal ∗100 cm

1 m¿

h i= 1438.3616 Kcalh r∗m2

∗℃



Donde las propiedades $'sicas se evalNan a temperatura media del a#ua:

tm=t 1+t 2

2

tm= (26 +37 )- C 2

= 31.5 - C

3;5K C?lculo de la velocidad de -ujo del a#ua5

v= Gva

5∗ " flu)o=

Gva

5∗(π 4∗di 2)

= mh r

1∈¿0.527 ∈¿ 0.0254 m

¿¿

π 4∗(¿2¿)= 1069.3017 m

hr5∗¿

v=0.7524 m3

hr¿

385K C?lculo del coefciente de pel'cula e%terior5

he= 0.0084 ∗( Gm vc

&∗de )0.4

∗( ρ2∗' 3∗g

&2 )13 = kcal

h r∗m2∗- C

he= 0.0084 ∗( 17.4052 kgh r

1.2024 kgm∗hr

∗0.015875 m)0.4

∗((968.39 kgm3)2∗(0.5677 Kcal

h r∗m∗℃ )3∗1.2714 x108

(1.2024 kgm∗hr )

2 )13

he = 3170.4896 kcalh r∗m2

∗℃

Donde las propiedades $'sicas se evalNan a ( $ 5

395K C?lculo de la temperatura de pel'cula A( $ B5



T f = Tv− 0.75 .T f

.T f = T v− T ¿

T ¿= T v+T c +t a+t acaliente

4

T ¿=(118 +117 +26 +37 )℃

4 = 74.5 ℃

.T f = 118 ℃ − 74.5 ℃ = 43.5 ℃

T f = 118 ℃ − 0.75∗43.5 ℃ = 85.375 ℃

3.5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor te rico5

! teo= 1

dehi∗di

+ e∗de K ∗dm

+ 1he

= kcalh r∗m2

∗- C

! teo=

1

0.015875 m

1438.3616 Kcal

h r∗ m2∗ ℃

∗ 0.0133858 m

+0.0012446 m∗ 0.015875 m

95.2 Kcal

h r∗ m2∗ ℃

∗ 0.0146304 m

+1

3170.4896 kcal

hr ∗ m2∗ ℃

! teo= 780.1615 kcalh r∗m2

∗℃

345K C?lculo de la desviaci n porcentual GD de los coefcientes e%perimentales5

, =! teo − ! exp

! teo∗100

, =780.1615 kcal

h r∗m2∗℃

− 256.6026 Kcalh r∗m2

∗℃

780.1615 kcalh r∗m2

∗℃

∗100= 67.1090



CO C)L&PO =&

Observaciones

• Durante la operaci n de los equipos $ue necesario abrir completamentetodas las v?lvulas para que el vapor no se presurizara5 !s' mismo sedebi cuidar la presi n en el equipo para no provocar un accidente5

• =l ré#imen permanente tard m?s en presentarse en el condensadorvertical5 =n el condensador "orizontal la trans$erencia de calor es m?sr?pida5

• )as ventanas de los equipos nos permitieron observar claramente lostipos de condensaci n que se presentan5

• =s de suma importancia pur#ar la l'nea del vapor as' como abrir lav?lvula re#uladora de presi n para controlar esta Nltima variable5

Conclusiones

Durante la pr?ctica realizada se trabaj con un condensador "orizontal y unovertical5 =n ambos se pudieron observar los di$erentes tipos de condensaci nque se pueden dar en los -uidos* de #ota en el condensador "orizontal y depel'cula en el vertical5

! pesar de que no se trabaj con el mismo porcentaje del rot?metro en ambosequipos* con los c?lculos se observa claramente que la efciencia delcondensador "orizontal es mayor que la del vertical5 Con esto se comprueba laparte te rica* la cual nos dice que la condensaci n en $orma de #oteo est?asociada con los valores m?s altos de trans$erencia de calor debido a quecon$orme se $orma la #ota de condensado* esta cae y permite queinmediatamente se $orme otra #ota de condensado5 )o anterior no ocurre en lacondensaci n en $orma de pel'cula ya que al estar el condensador en posici nvertical "ace las #otas $ormen una pel'cula a lo lar#o de los tubos y dic"apel'cula in-uye en la trans$erencia de calor as' como "ace que se $orme unamayor cantidad de sales a lo lar#o de los tubos del condensador5

<or otra parte se observa que la cantidad de calor absorbido por parte delcondensador "orizontal es poco m?s del doble que se absorbe en el vertical*con lo cual se comprueba de nuevo la teor'a5

>inalmente se not que la desviaci n porcentual de los coefcientes #lobalese%perimentales del condensador "orizontal es menor que la del condensadorvertical5 =sto nos indica que el condensador "orizontal est? m?s cerca del valorte rico esperado y es por ello que es el condensador que m?s se usa en laindustria* aparte de ser m?s barato que el vertical puesto que su instalaci n ymantenimiento no son muy complicados5



)os coefcientes #lobales de trans$erencia de calor son muy importantes puestoque nos en#loban a los coefcientes de pel'cula interior* e%terior y el espesordel material por el que se realiza la trans$erencia de calor5 =l coefciente depel'cula es la medida del -ujo de calor por unidad de superfcie y por unidad detemperatura* es decir nos dice como -uye el calor por una parte del material*

el interior corresponde a la trans$erencia de calor de a#ua al tubo y el e%teriordel tubo $r'o al vapor que busca condensarse5 >ue una pr?ctica muyenriquecedora y nos permiti apreciar la trans$erencia de calor en al#unos delos equipos m?s utilizados en la industria5

condensadores vertical y horizontal

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