practica de serpentin y camisa

8/17/2019 Practica de Serpentin y Camisa

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Instituto PolitécnicoNacional

Escuela Superior deIngeniería Química eIndustrias Extractivas

Intercambiador de calor de camisa eintercambiador de calor de serpentín

Laboratorio de transferencia de calor

Nombre del profesor:

Fecha de entrega: 31 de Maro de !"1#


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$abla de contenido%b&etivos''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''3

Introducci(n''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''3

)*lculos +erpentín'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' ,

Intercambiador de calor de )oraa'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''#

)onclusions'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' -

1 $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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%b&etivos• 2eterminar la eciencia térmica de los ob&etivos'

• 2eterminar comportamiento del e0uipo tomando en cuenta las condicionesde operaci(n

• 4naliar 0ue intercambiador de calor es m*s eciente5 traba&ando las mismascondiciones de operaci(n'

• 2eterminar el coeciente global de transferencia de calor experimental 6te(rico'

Introducci(n/n las industrias 0uímicas se utilia con gran frecuencia una sencilla calderaencamisada como tan0ue de reacci(n' /n muchos casos5 como ocurre en reaccionesde nitraci(n o sulfataci(n5 es preciso comunicar o retirar calor de la mecla5 o bienpara controlar la velocidad de reacci(n o para conseguir 0ue sea completa' Laadici(n o separaci(n de calor se consigue adecuadamente haciendo pasar vapor deagua o agua de refrigeraci(n a través de una camisa acoplada a la supercieexterior5 o bien mediante un serpentín situado en el interior del tan0ue' /ncual0uier caso se utilia alg7n tipo de agitador para obtener una buena mecla enel tan0ue' 8ara meclas mu6 viscosas se utilian agitadores tipo *ncora5 mientras0ue para lí0uidos no demasiados viscosos se emplean agitadores de palas o tipoturbina' /n el intercambiador de serpentín5 las resistencias térmicas de calor sedeben a la película de agua situada sobre el interior del serpentín5 la pared del tubo5la película situada sobre el exterior del serpentín 6 costras 0ue puedan existir sobrecual0uiera de las supercies' /n la pared del tubo 6 en las costras5 el calor setransere por conducci(n5 mientras 0ue en las películas se transere porconvecci(n Los 9uidos no netonianos se encuentran en la industria una granvariedad5 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 6radiaci(n' /l proceso 0ue inclu6a cambio de fase implica la transmisi(n simult*neade 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 enmente 0ue el calor s(lo se transere en una sola direcci(n5 del 9uido con ma6ortemperatura hacia el 9uido de menor temperatura' /n los intercambiadores de calorlos 9uidos utiliados no est*n en contacto entre ellos5 el calor es transferido del9uido con ma6or temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos9uidos en contacto térmico con las paredes met*licas 0ue los separan'

! $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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)*lculos +erpentín

No.Corrida

Temperaturas (°C) Presión

delvapor

Rotámetro

Volumen deondensado

o!tenido "

$a1 $a! $v $c ?@ABa ?@ABc

# !CD) CCD) 1"3D) EED) "'!3gGcm!

C LGmin 1"'!cm 1Cmin

1' )*lculo de gasto masa de agua

Gma=w

θ

Gma=5 L

min

× 1m

3

1000 L

× 997.13 Kg

m3

× 60min

1h

=299.139 Kg

h

!' )*lculo del gasto masa del condensado

Gmvc=Gvvc ρa= Kg

h

Gmvc=0.02914 m

3

h ×

997.13 Kg

m3 =29.0564

Kg

h

3' )*lculo del gasto volumétrico

Gv=v

θ

∆ Z =10.2 c m

si 28cm=20 L

∴10.2cm=7.2857 L × 1m

3

1000 L=0.007286m3

θ=15min× 1h

60min=0.25h

Gv vc=0.007286m

3

0.25h

=0.02914 m

3

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

Qa=GmaĆp (t 2−t 1 )= Kcal

h

Qa=299.139 Kg

h (0.99865 Kcal Kg° C )(55° C −25° C )=8962.05 KcalhC' )*lculo del calor cedido?HvB



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Qv=Gmvc λ= Kcal

h

Qv=29.0564 Kg

h ×536.3

Kcal

Kg =15582.9

Kcal

h

#' )*lculo de la eciencia térmica del e0uipo

η=Qa

Qv ×100=

η=8962.05

Kcal

h

15582.9 Kcal

h

×100=57.5

E' )*lculo del coeciente global de transferencia de calor experimental

U exp=

8962.05 Kcal

h

A∆T =

Kcal

m2h°C

A=0.516m2

∆ T =48° C

U exp=8962.05

Kcal

h

0.516m2(48 ° C )

=361.84 Kcal

m2

h°

C

' )*lculo de la diferencia de temperaturas

∆ T =T v−T m

∆ T =103 ° C −55 ° C =48° C

-' )*lculo del )oeciente de 8elícula Interior?a CDB

hi=1.51( 4Gmv0.5 Ls μ )−13 (k

3 ρ

2g

μ2 )

1

3 (1+3.5 iss )= Kcal

m2

h°C

hi=1.51∗( 4×29.0564 Kg

h

0.5∗10∗1.2024 Kg

mh )−13

∗[ (1.8144

Kg

mh )3

∗(968.39 kgm3 )2

∗1.27138¿108

(1.2024 Kgmh )2 ]

13

∗(1+3.5× 0.0134m

0.305m )

, $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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hi=51265.8 Kcal

m2

h°

C

1"' )*lculo de la temperatura de película?$f B

Tp=T v+T 22

=(103+55)° C 2

=79° C

∆ T =Tv−Tp=103−79=24° C

T ! =Tv−0.75∆ T =103° C −0.75 (24 ° C )=85° C

11' )*lculo del coeciente de película /xterior ?a CCD )B

h"=0.87 k

#s ( L2 ρ$

μ )0.478

(Cpμk )1

3 ( μ μs )0.14

= Kcal

m2

h°

C

h"=0.87∗0.556992

0.375m ∗

[ (10m)

2

∗985.65 kg

m3

2

∗470

1.8144 Kg

m h ]0.478

∗[1.000∗1.8144

Kg

mh

0.556992 ]1

3

∗

[1.8144

Kg

mh

1.152 Kg

m h ]0.14

h"=7087.7 Kcal

m2

h°

C

1!' )*lculo de la temperatura de pared ?tpB

Tp=T v+T 2

2=(103+55)° C

2=79° C

13' )*lculo del coeciente global de transferencia de calor te(rico

U t"%= 1

"

hi i+""

Km+ 1

h"

= Kcal

m2h°C

U t"%= 1

[ 0.0148

51265.8 Kcal

m2

h°C (0.32)

+0.0021(0.0148)325 (0.0138)

+ 1

7087.7 Kcal

m2

h°

C

]

=6714.95 Kcal

h m2

° c

1,' )*lculo de la desviaci(n porcentual J2 de los coeciente experimentales

=U t"%−U exp

U t"%×100=¿

=

6714.95 Kcal

h m2

° c−361.84

Kcal

m2

h°C

6714.95 Kcal

h m2

° c

'100=¿ $%.'

C $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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# $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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Intercambiador de calor de )amisa

1. Cálculo de gasto masa de agua

Gma=w

θ

Gma=8 L

min ×

1m3

1000 L×997.13 Kg

1m3

×60min

1h =478.6224

Kg

h

2. Cálculo del gasto volumétrico

Gvvc

K

4 D2⋅ @Z

L ⋅= m3

h=Gv

∆ Z =13.5cmsi 28cm

θ=15min× 1h

60min=0.25h

Gv vc=

(

4∗(0.28m )2∗0.15m

0.25h =0.03325

m3

h

1. Cálculo del gasto masa del condensado

Gmvc=Gvvc ρa= Kg

h

Gmvc=0.03325m

3

h× 987,09 Kg

m3 =32.821

Kg

h

2. Cálculo del calor ganado o absorbido por el agua(Qa)

Qa=GmaĆp (t 2−t 1 )= Kcal

h

Qa=478.6224 Kg

h (0.99865 Kcal

Kg° C )(60° C −25° C )=16729.1690 Kcal

h

3. Cálculo del calor cedido(Qv)

Qv=Gmvc λ= Kcal

h

Qv=32.821 Kg

h ×530.3

Kcal

Kg =17405

Kcal

h

E $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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4. Cálculo de la eficiencia térmica del equipo

η=Qa

Qv ×100=

η=

16729.1690 Kcal

h

17405 Kcal

h

×100=96.117

. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor e!perimental

Uexp

Qa

A@TML

=UU

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

U exp=16729.1690

Kcal

h

A ∆T =

Kcal

m2h°C

A=0.67m2

∆ T =40° C

U exp=

16729.1690 Kcal

h

0.67 m2(40° C ) =624.22

Kcal

m2

h°

C

#. Cálculo del coeficiente de pel$cula interior%

$ransferencia de calor ./scriba a0uí


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4 m

0.1¿¿

¿2∗(983.13 Kgm3 )∗28200¿¿¿

hi=

0.36∗% .5229 Kcal

h m2 ° C

m

0.375∗¿

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

Tp=T v+T 2

2=(100+60)° C

2=80 ° C

- $ransferencia de calor ./scriba a0uí


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he 1.13k 3φ 2λg( )

µLc∆T

1

4

⋅= kcal

hm2°C

=he

. 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.

968,39 ¿2∗

(550.01

kcal

kg

)∗(1.27 ' 108)

¿(0.5669 )

3∗¿

¿h"=1.13∗¿

11. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor te*rico.

U t"%= 1

"

hi i+""

Km+ 1

h"

= Kcal

m2h°C

"="'t −int

2=

0.3846m−0.375m2

=0.0048m

m="'t +int

2=

0.3846m+0.375m2

=0.3798m

+acero,3".2 +cal-()(m2)(/C-m)

U t"%= 1

[ 0.3846

598.15 Kcal

m2

h ° C (0.375)

+ 0.0048m(0.3846)

36.92 Kcal

h m2 ° C

m

(0.3798m)+

1

6061.2 Kcal

m2

h ° C

]

=497.2 Kcal

h m2

° c

12.Cálculo de la desviaci*n porcentual 0 de los coeficiente e!perimentales

=U t"%−U exp

U t"%×100

1" $ransferencia de calor ./scriba a0uí


12/12

#=

497.2 Kcal

h m2

° c−624.22

Kcal

m2

h°C

497.2 Kcal

h m2

° c

'100=¿ -25.547%


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