Practica de Serpentin y Camisa

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Intercambiador Intercambiador de calor de camisa e intercambiador intercambiador de calor de serpentín Laboratorio de transferencia de calor Nombre del profesor:

Fecha de entrega: 31 de Maro de !"1#

$abla de contenido %b&etivos'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 3 Introducci(n'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 3 )*lculos +erpentín'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' , Intercambiador de calor de )oraa'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''# )onclusions''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' ''''''''' -

1

$ransferencia de calor

./scriba a0uí

%b&etivos • • • •

2eterminar la eciencia térmica de los ob&etivos' 2eterminar comportamiento del e0uipo tomando en cuenta las condiciones de operaci(n 4naliar 0ue intercambiador de calor es m*s eciente5 traba&ando las mismas condiciones de operaci(n' 2eterminar el coeciente global de transferencia de calor experimental 6 te(rico'

Introducci(n /n las industrias 0uímicas se utilia con gran frecuencia una sencilla caldera encamisada como tan0ue de reacci(n' /n muchos casos5 como ocurre en reacciones de nitraci(n o sulfataci(n5 es preciso comunicar o retirar calor de la mecla5 o bien para controlar la velocidad de reacci(n o para conseguir 0ue sea completa' La adici(n o separaci(n de calor se consigue adecuadamente haciendo pasar vapor de agua o agua de refrigeraci(n a través de una camisa acoplada a la supercie exterior5 o bien mediante un serpentín situado en el interior del tan0ue' /n cual0uier caso se utilia alg7n tipo de agitador para obtener una buena mecla en el tan0ue' 8ara meclas mu6 viscosas se utilian agitadores tipo *ncora5 mientras 0ue para lí0uidos no demasiados viscosos se emplean agitadores de palas o tipo turbina' /n el intercambiador de serpentín5 las resistencias térmicas de calor se deben a la película de agua situada sobre el interior del serpentín5 la pared del tubo5 la película situada sobre el exterior del serpentín 6 costras 0ue puedan existir sobre cual0uiera de las supercies' /n la pared del tubo 6 en las costras5 el calor se transere por conducci(n5 mientras 0ue en las películas se transere por convecci(n Los 9uidos no netonianos se encuentran en la industria una gran variedad5 0ue pueden tener un comportamiento de pl*stico de ;entham5 seudoplasticos o diletantes 6 pueden ser no tixotr(picos' 8ara el dise conducci(n5 convecci(n5 6 radiaci(n' /l proceso 0ue inclu6a cambio de fase implica la transmisi(n simult*nea de masa 6 de calor' La funci(n de los intercambiadores de calor es la transferencia de calor5 donde los 9uidos involucrados deben estar a temperaturas diferentes' +e debe tener en mente 0ue el calor s(lo se transere en una sola direcci(n5 del 9uido con ma6or temperatura hacia el 9uido de menor temperatura' /n los intercambiadores de calor los 9uidos utiliados no est*n en contacto entre ellos5 el calor es transferido del 9uido con ma6or temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos 9uidos en contacto térmico con las paredes met*licas 0ue los separan'

!


./scriba a0uí

)*lculos +erpentín

Temperaturas (°C)

No. Corrida #

$a1

$a!

$v

$c

!CD)

CCD)

1"3D)

EED)

Presión del vapor

Rotámetro

Volumen de ondensado o!tenido ?@ABa ?@ABc

"'!3 gGcm!

C LGmin

1"'!cm

" 1Cmin

1' )*lculo de gasto masa de agua

Gma=

w θ 3

Gma=5

1m 997.13 Kg 60 min L Kg 299.139 × × × = 3 min 1000 L h 1h m

!' )*lculo del gasto masa del condensado

Kg h 3 m 997.13 Kg Kg Gmvc =0.02914 × =29.0564 3 h h m Gmvc =Gvvc ρ a=

3' )*lculo del gasto volumétrico

Gv =

v θ

∆ Z =10.2 c m si 28 cm =20 L 3

1m =0.007286 m3 ∴ 10.2 cm=7.2857 L × 1000 L

θ=15 min×

1h =0.25 h 60 min 3

0.007286 m Gv vc= 0.25 h

m =0.02914 h

3

,' )*lculo del calor ganado o absorbido por el agua?HaB

´ ( t 2−t 1 ) = Kcal Q a=Gm a Cp h Kg Kcal ( 55 ° C − 25 ° C )=8962.05 Kcal Q a=299.139 0.99865 h Kg° C h

(

)

C' )*lculo del calor cedido?HvB

3


./scriba a0uí

Kcal h Kg Kcal Kcal Qv =29.0564 × 536.3 =15582.9 h Kg h Qv =Gmvc λ=

#' )*lculo de la eciencia térmica del e0uipo

Qa × 100 = Qv Kcal 8962.05 h η= × 100 =57.5 Kcal 15582.9 h η=

E' )*lculo del coeciente global de transferencia de calor experimental

Kcal h A ∆ T

8962.05

U exp=

=

Kcal 2

°

m h C

2

A = 0.516 m

∆ T = 48 ° C 8962.05

U exp=

Kcal h

2

0.516 m ( 48 ° C )

=361.84

Kcal °

2

m h C

' )*lculo de la diferencia de temperaturas

∆ T =T v −T m

∆ T =103 °C −55 ° C =48 °C -' )*lculo del )oeciente de 8elícula Interior?a CDB −1 4 Gm v 3 k 3 ρ2 g 13  is Kcal hi =1.51 1 + 3.5 = 2 ° 2 0.5 Ls μ s μ m h C

) ( )(

(

(

hi=1.51∗

,

Kg h Kg 0.5∗10∗1.2024 mh 4 × 29.0564

)[ −1 3

( ∗

Kg 1.8144 mh

)

) ∗( ( 3

968.39

1.2024

kg 3

m

Kg mh

)∗ ) 2

1.27138 ¿ 10

2


]

1 8 3

∗(1 + 3.5 ×

0.0134 m ) 0.305 m

./scriba a0uí

hi=51265.8

Kcal °

2

m h C

1"' )*lculo de la temperatura de película?$ f B T v + T 2 ( 103 + 55 ) °C Tp= = =79 ° C 2 2 ∆ T =Tv −Tp =103−79 =24 ° C

T ! =Tv − 0.75 ∆ T =103 ° C −0.75 ( 24 ° C )= 85 ° C 11' )*lculo del coeciente de película /xterior ?a CCD )B

(

2

k L ρ$ h" =0.87 #s μ

) ( )( )

[

0.478

1 3

Cpμ k

μ μs

0.14

2

= Kcal 2 °

m h C

( 10 m) ∗985.65 kg3 ∗470 0.87∗0.556992 m h" = ∗ 0.375 m Kg 1.8144 mh h" =7087.7

2

]

0.478

][

[

1

Kg 3 Kg 1.000∗1.8144 1.8144 mh mh ∗ ∗ 0.556992 Kg 1.152 mh

]

0.14

Kcal 2

°

m h C

1!' )*lculo de la temperatura de pared ?tpB T v + T 2 ( 103 + 55 ) °C Tp= = =79 ° C 2 2 13' )*lculo del coeciente global de transferencia de calor te(rico 1 Kcal U t"%= = 2 ° 1 " "" m h C

+

hi  i Km

+

h" 1

U t"%=

[

0.0148

Kcal 51265.8 2 ° ( 0.32) m h C

+

0.0021 ( 0.0148 ) 325 ( 0.0138 )

+

1

Kcal 7087.7 2 ° m h C

= 6714.95 ]

Kcal 2

hm ° c

1,' )*lculo de la desviaci(n porcentual J2 de los coeciente experimentales

&#=

U t"% −U exp U t"% 6714.95

&#=

C

× 100 =¿

Kcal 2

hm ° c

−361.84

Kcal 6714.95 2 hm °c

Kcal 2

°

m h C

' 100 =¿ $%.&#'


./scriba a0uí

#


./scriba a0uí

Intercambiador de calor de )amisa

1. Cálculo de gasto masa de agua w Gma= θ 3

1m 997.13 Kg 60 min L Gma= 8 × × × = 478.6224 Kg 3 1h min 1000 L h 1m

2. Cálculo del gasto volumétrico

 K  ⋅ D2⋅  @Z  = Gv = vc 4

L

3

m h

∆ Z =13.5 cm si 28 cm θ=15 min×

1h =0.25 h 60 min

( ∗( 0.28 m )2∗0.15 m 3 4 m Gv vc= =0.03325 0.25 h h

1. Cálculo del gasto masa del condensado Kg Gmvc =Gvvc ρ a= h 3 m 987,09 Kg Kg Gmvc =0.03325 × =32.821 3 h h m 2. Cálculo del calor ganado o absorbido por el agua(Qa) ´ ( t 2−t 1 ) = Kcal Q a=Gm a Cp h Kg Kcal ( 60 °C − 25 ° C )=16729.1690 Kcal 0.99865 Qa= 478.6224 h Kg° C h

(

)

3. Cálculo del calor cedido(Qv) Kcal Qv =Gmvc λ= h Kg Kcal Kcal Qv =32.821 × 530.3 =17405 h Kg h

E


./scriba a0uí

4. Cálculo de la eficiencia térmica del equipo Qa η= × 100 = Qv Kcal 16729.1690 h η= × 100= 96.117 Kcal 17405 h . Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor e!perimental Qa

U = exp

A@T

ML

". Cálculo de la diferencia de temperaturas ∆ T =T v −T m ∆ T =100 ° C −60 ° C =40 ° C 16729.1690

U exp=

Kcal h

A ∆ T

=

Kcal 2

°

m h C

2

A = 0.67 m

∆ T = 40 ° C 16729.1690

U exp=

2

Kcal h

0.67 m ( 40 ° C )

=624.22

Kcal 2

°

m h C

#. Cálculo del coeficiente de pel$cula interior%




./scriba a0uí

4m 0.1 ¿

(

¿ 2∗

¿

983.13

)

Kg ∗28200 3 m

¿ ¿ ¿

Kcal 2 ° C hm m ∗¿ 0.375

0.36∗% .5229

hi =

&. Cálculo de temperatura de pel$cula ('f). Tp=

-

T v + T 2 2

=

( 100 +60 ) °C 2

=80 °C


./scriba a0uí

. Cálculo de la temperatura de pel$cula(' f ) ∆ T =Tv −Tp =100− 80=20 ° C T ! =Tv − 0.75 ∆ T =100 ° C −0.75 ( 20 °C )=85 ° C

1.Cálculo del coeficiente de pel$cula e!terior. 1

he =

2

(

968,39 ¿ ∗ 550.01

 ( k 3 φ 2λg )  4 1.13⋅  µLc∆T 

=

kcal 2

hm °C

)

kcal ∗(1.27 ' 108 ) kg

¿

( 0.5669 )3∗¿ ¿ h" =1.13∗¿ 11. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor te*rico.

U t"%=

1 Kcal = 2 ° 1 " "" m h C + + hi  i Km h"

"'t −int 0.3846 m−0.375 m = =0.0048 m 2 2 "'t + int 0.3846 m+ 0.375 m m= = =0.3798 m 2 2 +acero,3".2 +cal-()(m 2)(/C-m) "=

1

U t"%=

[

0.3846

+

0.0048 m ( 0.3846 )

+

1

Kcal Kcal Kcal 598.15 2 ( 0.375 ) 36.92 ( 0.3798 m) 6061.2 2 2 ° C m h ° C m h ° C hm m

= 497.2 ]

Kcal 2

hm ° c

12.Cálculo de la desviaci*n porcentual 0 de los coeficiente e!perimentales &#=

1"

U t"% −U exp U t"%

× 100


./scriba a0uí

497.2

# =

11

Kcal 2

hm °c

−624.22

Kcal 497.2 2 hm ° c

Kcal 2

°

m h C

' 100=¿ -25.547%


./scriba a0uí

Practica de Serpentin y Camisa

Recommend Documents