“Condensador Horizontal y Vertical”
Objetivos: Determinar la efciencia térmica de cada equipo Determinar los comportamientos que tienen los dos equipos en cuenta a su tipo de condensacin condensacin !nalizar las condiciones de operacin del condensador "orizontal y el vertical !nali !nalizar zar la efcien efciencia cia térmic térmica a del conden condensad sador or "oriz "orizont ontal al con con respecto al vertical Determinar en cada caso el coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental y terico
&'ntesis (erica
Condensad ¿Qué son?
Cambiador de calor latente )os condensadores son utilizados en las operaciones de destilacin* evaporacin*
Funció
Convierte el vapor de su estado #aseoso al estado ¿En qué se usan?
Ventajas
Condensad or
Desventaj as
!plicacione “Condensador Vertical”
Coeficientes de transferencia de calor más altos Generalmente menos costosos Mejor Mej or dis distri tribuc bución ión del vap vapor or y eli elimin minaci ación ón del condensado Mantenimiento costos accesibles
Se necesita de mucho espacio para este equipo
(orr (orres es de en$riamiento en$riamiento +adiadores Calderas +e#eneradores Ve"'culos aeroespaciales
Caracter'sticas del Condensador vertical Condensad sador or Vertical ertical de cabeza cabezall ,Conden -otante con . tubos* calibre* /01 2 34 admira admiralty lty con una lon#it lon#itud ud de 35. m5 di6 757389 m5 de6 7573; m5
(ipo de condensados
=l vapor entra en contacto con una superfce $ria y se condensa
•
se pueden $ormar aun mas #otas de condensado
=n $orma de pelicula
=n la pared se $orma una pelicula de condensado
)os condensadores pueden entonces por lo visto en >orma vertical y "orizontal y esto depender? de la )os coefcientes !plicacin que se le dé* esto se defnir? por su $acilidad de De mantenimiento* el tipo de soportes estructurales y trans$erencia el Costo que implica@ #eneralmente es m?s costoso un de calor son Vertical5
Dia#rama de >lujo •
Operacin del equip ACondensador Horizontal y VerticalB
Verifcar las v?lvulas de alimentacin estén cerradas
=ner#etizar el tablero de control
!ccionar el botn para poner a $uncionar la /omba
!brir las v?lvulas de alimentacin de a#ua $r'a al tanque de alimentacin y al*
!brir las v?lvulas desde la alimentacin* a la succin de la bomba* la de recirculacin y la v?lvula de descar#a a la
!brir la v?lvula de alimentacin del rot?metro y fjar asto de o eracion
!brir todas las v?lvulas de la l'nea de vapor de manera
>ijar condiciones de operacin del equipo 3 cmE;
(omar datos e%perimentales para operar a un ré#imen permanente
CONDENSACIÓN
El vapor hace contacto con una superficie con temperatura inferior a la de saturación del vapor.
Condensador de superficie
El vapor que va a condensarse y el lquido de enfriamiento separados por pared metálica.
Condensador de contacto directo o mezcla
El vapor a condensar y el lquido de enfriamiento se mezclan ntimamente.
Ftiles en
&e usan cuando
"rocesos en los que se recupera el vapor.
El vapor condensante no tiene !ran importancia.
C#$%E$S&C'($ %E) *&"#+ %E &G,&
En forma de !ota
"uede formar !otas en la su erficie.
Se desprenden del tubo dejando el material descubierto. &e pueden
-ormar nuevas !otas de condensado.
En forma de
C#$%E$S&C'($ %E) *&"#+ %E &G,&
En forma de !ota
"uede formar !otas en la su erficie.
Se desprenden del tubo dejando el material descubierto. &e pueden
-ormar nuevas !otas de condensado.
En forma de
(abla de
datos =%perimentales
“Condensador Lectura del Rot!e tro G
Pv
377
3
T c
T v
# cm
Horizontal” T cfrio
T agua
T caliente
"# condensa do
$
C
C
C
C
C
cm
mi n
374
374
;3
;8
97
4
37
2
“Condensador Vertical”
(abla de
datos =%perimentales
“Condensador Lectura del Rot!e tro G
Pv
cm
T c
T v
#
377
Horizontal” T cfrio
T agua
T caliente
"# condensa do
C
C
C
C
C
cm
mi n
374
374
;3
;8
97
4
37
"# condensa do
$
2
3
$
“Condensador Vertical” Lectura del Rot!e tro G
T v
Pv
# cm
44
3
T cfrio
T c
T caliente
T agua
C
C
C
C
C
cm
mi n
33
33I
;4
;4
8I
;.
37
2
(abla de +esultados Condensador "orizontal %
&!a &!'
Qa
Q'
#cm ;
#"
#"
cal "
cal"
3
3337 935J
3I 7
;;83.5 J9
Condensador vertical
()
95. 4
"*+ ,e/i L . C cal"m;C I953
475 ;
;74 3
/e
,te o
(D
4.; ;
38. ;
9J5I ;
% # cm ; 3
&! a #"
&! Qa ' # cal " "
I.75 78I .
3I5 97. ;
;9; 534; 3
Q'
()
"* +L C
,e/i . cal"m;C
I85 ;9I 4
.5 47 8
;.45 47; 4
cal" 33;. ;5943
398 5843 4
/e
,te o
(D
83I7 59J 4
I75 343 .
4I5 37J 7
“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 35. ltmin 3
π 2 ∆ Z m Gva = d i = 4 θ h
m Gva =18.5 ¿ =1.11 min
3
h
;5KC?lculo del #asto masa del a#ua5 Gma=Gv a ρa=
Kg h
3
m Kg Kg Gma=1.11 x 1000 3 = 1110 h h m
85K C?lculo del #asto volumétrico del condensado5 3
π 2 ∆ Z m Gv vc = d i = 4 θ h
0.385 m
¿ ¿ π Gv vc = ¿ 4
95K C?lculo del #asto masa del condensado5 Gmvc =Gvavc ρ a=
Kg h
3
m Kg Kg Gmvc =0.0419 x 1000 3 = 41.9 h h m
.5K C?lculo del calor #enerado o absorbido por el a#ua A Qa B
´ ( t 2−t 1 ) = Qa=Gm a Cp
Qa=1110
kcal h
Kg kcal ( 40 −23 ) ℃= 18870 kcal x1 h kg ℃ h
45K C?lculo del calor cedido por el vapor A Qa B Qv =Gm v λ =
Qv = 41.9
kcal h
Kg kcal kcal x 532.6 =22315.94 h kg h
I5K C?lculo de efciencia térmica del equipo5 =
Qa Qv
x 100
=
18870 x 100 =84.56 22315.94
5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental5 ! exp=
Qa " ∆ T #$
=
kcal 2 m h℃
18870
! exp=
kcal h
=680.2
2
0.3740 m x 74.18 ℃
kcal 2
m h℃
J5K C?lculo de la media lo#ar'tmica de la di$erencia de temperaturas5 ∆ T #$ =
∆ T #$ =
∆ T 1 −∆ T 2 ∆ T 1 ln ∆ T 2
=℃
83−66 =74.18 ℃ 83 ln 66
375K C?lculo del ?rea de trans$erencia de calor5 " = πde$% t =m
3
" = π x 0.015875 x 1.5 x 5=0.3740 m
2
335K C?lculo de coefciente de pel'cula interior5 0.8
0.33
( )( )
k ¿ ρ hi=0.0225 di &
(
Cp & '
=
kcal 2
m h℃
0.54546 0.0134 x 1574 x 1000 hi=0.0225 0.0134 2.6186
0.8
)(
0.33
)
1 x 2.6186 0.53536
=2061
kcal 2
m h℃
t m=
t m=
t 1 +t 2 2 23 + 40 =31.5 ℃ 2
3;5K C?lculo de velocidad de -ujo de a#ua5 ( =
Gv a 5 " flu)oxtu*o
=
Gva 5
π 2 d 4 i
=
m h
3
m 1.11 h
( = 5
π (0.0134 m )2 4
=1574
m h
385K C?lculo del coefciente de pel'cula e%terior he =0.725
(
2
3
ρ ' λ g 2 3 i
% d e & ∆ T f
he =0.725
(
)
1 4
=
kcal 2 m h℃
(1000 )2 x (0.57303 )3 x 532.6 x 1.27 x 108 2 3
5 x 0.015875 x 1.1242 x 37.25
395K C?lculo de temperatura de pel'cula A($B T f =T v − 0.75 ∆ T f T f =106 −0.75 ( 37.25 )=78.06 ℃ ∆ T f =T v −T ¿
)
1 4
= 6522.9163
kcal 2 m h℃
∆ T f =106−68.75 =37.25 ℃
T ¿ =
T ¿ =
T v + T c + t a+ t acaliente 4 106 + 106 + 23 + 40 =68.75 ℃ 4
3.5K C?lculo del coefciente #lobal de tras$erencia de calor terico5 ! teo=
1 kcal = 2 de ede 1 hm ℃ + + hidi Kdm he
! teo=
1 0.0158 0.00124 x 0.015875 1 + + 2061 x 0.0134 97 x 0.0146 6522.9163
=1352.7352
kcal 2
hm ℃
345K C?lculo de la desviacin porcentual del coefciente e%perimental5 +,=
+,=
! teo −! exp ! teo
x 100
1352.7352 −680.2 x 100= 49.72 1352.7352
“C?lculos ACondensador VerticalB” 35K C?lculo del #asto volumétrico del a#ua5 π ∗di2∗∆ Z 4 Gva = θ
Lso del c?lculo directo que nos dice que el rot?metro al 377G nos da un #asto de 3J ltmin as' que para un 44G del rot?metro tenemos que: 3
m 1000 <¿= 0.7524 hr 0.6∗19
Gva =
¿ ∗60 min
min
¿ min
1
=12.54
∗1 m3
1 hr
¿
;5K C?lculo del #asto masa de a#ua5 Gma=Gv a∗ ρa 3
m kg kg Gma= 0.7524 ∗996.86 3 =750.0375 hr hr m
85K C?lculo del #asto volumétrico del condensado5 π ∗di2∗∆ Z 3 4 m Gv vc = = θ hr π ∗( 0.385 m)2∗0.025 m 4 ∗60 min 3 10 min m Gv vc = =0.01746 1 hr hr
95K C?lculo del #asto masa de vapor5 Gmvc =Gvvc ∗ ρa=
kg hr 3
m kg kg Gmvc =0.01746 ∗996.86 3 =17.4052 hr hr m
.5K C?lculo del calor #anado o absorbido por el a#ua AMaB5 Qa=Gm a∗C p∗( t 2−t 1 )=
kcal hr
Qa=750.0375
kg kcal Kcal ∗0.999 ∗( 37−26 ) K =8242.1621 hr kg∗ K hr
45K C?lculo del calor cedido AMvB5 Qv =Gm vc∗ λ =
Qv =17.4052
kcal hr
kg kcal kcal ∗646.5 =11252.4618 hr kg hr
I5K C?lculo de la efciencia térmica del equipo5 =
Qa ∗100 Qv
Kcal hr = ∗100=73.2476 kcal 11252.4618 hr 8242.1621
5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental5 ! exp=
Qa kcal = 2 " ∆ T #$ m h - C
8242.16
! exp=
Kcal hr
( 0.3741 m2 )∗(85.8603 ℃ )
= 256.6026
Kcal 2
h r ∗m ∗℃
J5K C?lculo de la media lo#ar'tmica de la di$erencia de temperatura5 ∆ T #$ =
∆ T #$ =
∆ T 1 −∆ T 2
( )
∆ T 1 ln ∆ T 2
=- C
92 ℃ −80 ℃
( )
92 ℃ ln 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 2
" = π ∗de∗ $∗ % t = m
2
1 ∈¿∗1.5 m∗5 =0.3741 m 0.0254 m " = π ∗0.625 ∈¿
¿
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
0.0254 m 1∈¿∗1069.3017∗ 996.25 0.527 ∈¿ 2.7828
¿ ¿ ¿
3
kg m∗ h r
0.0254 m ∗¿ 1 ∈¿ cal ∗1 Kcal hrcm-C ∗100 cm 1000 cal 0.0225 ∗5.3517 1m 0.527 ∈¿
hi=
kg m
h i =1438.3616
¿ Kcal 2
h r ∗m ∗℃
2
h r∗m
- C
∗
Donde las propiedades $'sicas se evalNan a temperatura media del a#ua: tm=
tm=
t 1+ t 2 2
( 26 + 37 )- C =31.5 - C 2
3;5K C?lculo de la velocidad de -ujo del a#ua5 v=
Gv a 5∗ " flu)o
Gv a
=
(
5∗
π ∗di2 4
)
=
m hr
1 ∈¿ 0.0254 m
0.527 ∈¿
¿
¿
π m ∗(¿ 2 ¿)=1069.3017 4 hr 5∗¿ 3 m 0.7524 hr v=
¿
385K C?lculo del coefciente de pel'cula e%terior5
( ) (
Gm vc he =0.0084 ∗ &∗de
0.4
2
3
ρ ∗' ∗ g ∗ 2 &
(
)
1 3
=
kcal 2 h r ∗m ∗- C
kg 17.4052 hr he =0.0084 ∗ kg 1.2024 ∗0.015875 m m∗h r
h e =3170.4896
)(
( ∗
0.4
)(
)
2
968.39
kcal 2
h r∗m ∗℃
Donde las propiedades $'sicas se evalNan a ( $ 5 395K C?lculo de la temperatura de pel'cula A( $ B5
3
kg Kcal 0.5677 ∗ ∗1.2714 x 108 3 h r∗m∗℃ m
(
kg 1.2024 m∗h r
)
2
)
1 3
T f =Tv − 0.75 . T f . T f =T v −T ¿
T ¿ =
T ¿ =
T v + T c + t a+ t acaliente 4
(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 terico5 ! teo=
1 kcal = 2 1 de e∗de h r∗m ∗- C + + hi ∗di K ∗dm h e 1
! teo=
0.015875 m 1438.3616
Kcal 2
h r∗ m ∗℃
! teo=780.1615
0.0012446 m∗0.015875 m
+
∗0.0133858
m
95.2
Kcal 2
h r∗m ∗℃
∗0.0146304
1
+
m
3170.4896
kcal 2
h r∗m ∗℃
345K C?lculo de la desviacin porcentual GD de los coefcientes e%perimentales5 , =
! teo −! exp ! teo
780.1615
, =
∗100 kcal 2
h r∗m ∗℃
−256.6026
kcal 780.1615 2 h r ∗m ∗℃
Kcal 2
h r ∗m ∗℃
∗100= 67.1090
kcal hr ∗m
2
∗℃
COC)L&PO=& Observaciones •
•
•
•
Durante la operacin de los equipos $ue necesario abrir completamente todas las v?lvulas para que el vapor no se presurizara5 !s' mismo se debi cuidar la presin en el equipo para no provocar un accidente5 =l ré#imen permanente tard m?s en presentarse en el condensador vertical5 =n el condensador "orizontal la trans$erencia de calor es m?s r?pida5 )as ventanas de los equipos nos permitieron observar claramente los tipos de condensacin que se presentan5 =s de suma importancia pur#ar la l'nea del vapor as' como abrir la v?lvula re#uladora de presin para controlar esta Nltima variable5
Conclusiones Durante la pr?ctica realizada se trabaj con un condensador "orizontal y uno vertical5 =n ambos se pudieron observar los di$erentes tipos de condensacin que se pueden dar en los -uidos* de #ota en el condensador "orizontal y de pel'cula en el vertical5 ! pesar de que no se trabaj con el mismo porcentaje del rot?metro en ambos equipos* con los c?lculos se observa claramente que la efciencia del condensador "orizontal es mayor que la del vertical5 Con esto se comprueba la parte terica* la cual nos dice que la condensacin en $orma de #oteo est? asociada con los valores m?s altos de trans$erencia de calor debido a que con$orme se $orma la #ota de condensado* esta cae y permite que inmediatamente se $orme otra #ota de condensado5 )o anterior no ocurre en la condensacin en $orma de pel'cula ya que al estar el condensador en posicin vertical "ace las #otas $ormen una pel'cula a lo lar#o de los tubos y dic"a pel'cula in-uye en la trans$erencia de calor as' como "ace que se $orme una mayor cantidad de sales a lo lar#o de los tubos del condensador5 inalmente se not que la desviacin porcentual de los coefcientes #lobales e%perimentales del condensador "orizontal es menor que la del condensador vertical5 =sto nos indica que el condensador "orizontal est? m?s cerca del valor terico esperado y es por ello que es el condensador que m?s se usa en la industria* aparte de ser m?s barato que el vertical puesto que su instalacin y mantenimiento no son muy complicados5
)os coefcientes #lobales de trans$erencia de calor son muy importantes puesto que nos en#loban a los coefcientes de pel'cula interior* e%terior y el espesor del material por el que se realiza la trans$erencia de calor5 =l coefciente de pel'cula es la medida del -ujo de calor por unidad de superfcie y por unidad de temperatura* es decir nos dice como -uye el calor por una parte del material* el interior corresponde a la trans$erencia de calor de a#ua al tubo y el e%terior del tubo $r'o al vapor que busca condensarse5 >ue una pr?ctica muy enriquecedora y nos permiti apreciar la trans$erencia de calor en al#unos de los equipos m?s utilizados en la industria5