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Condensador horizontal – Laboratorio de transferencia de calor (página 2)



Partes: 1, 2

  1. Secuencia
    de Cálculos
  • CORRIDA EN REGIMEN PERMANENTE:

Para un gasto de rotámetro al 58.5%

Cálculo del gasto volumétrico del
agua

 

Cálculo del gasto masa de agua

 

Cálculo del gasto volumétrico del
vapor

Cálculo del gasto masa de vapor

Cálculo del calor ganado
(Qa)

Tabla de propiedades a temperatura media @=32.5 °C

µ (Kg/mh)

2.739

ĸ (Kcal/hm°C)

0.534

ρ (Kg/m3)

994.8

Cp (Kcal/Kg°C)

0.998

λ@p=1.59 (Kcal/kg)

644.06

 

Cálculo del calor cedido (Qv)

en donde se obtiene de tablas de vapor a presión
absoluta

Cálculo de la eficiencia
térmica del equipo

 

Cálculo del área de transferencia de
calor

Cálculo del coeficiente global de transferencia
de calor

Cálculo de la media logarítmica de
temperatura

En donde

 

Cálculo de la velocidad del
agua

 

Cálculo de los coeficientes de película
interior y exterior

Película Interior

Nota: Para este cálculo
las propiedades físicas se toman a temperatura media ™
del agua

Tm= 32.5 °C por lo tanto.

Película interior

Película exterior

 

Nota: Para este cálculo las propiedades
físicas se toman a temperatura de película (Tf) del
vapor

Este cálculo es un aproximado de la temperatura
de pared

Las propiedades son a temperatura de película
(tf) del condensado

Tabla de propiedades a temperatura media @=74.25
°C

µ (Kg/mh)

1.378

ĸ (Kcal/hm°C)

0.5733

ρ (Kg/m3)

997.45

Cp (Kcal/Kg°C)

1.0019

λ (Kcal/kg)

644.06

Cálculo del coeficiente global de transferencia
de calor teórico

 

 

Cálculo de la desviación porcentual
%D

  1. 2da Corrida en régimen permanente
  • CORRIDA EN REGIMEN PERMANENTE:

Para un gasto de rotámetro al 82%

Cálculo del gasto volumétrico del
agua

 

Cálculo del gasto masa de agua

 

Cálculo del gasto volumétrico del
vapor

Cálculo del gasto masa de vapor

Cálculo del calor ganado (Qa)

Tabla de propiedades a temperatura
media @=34.5 °C

µ (Kg/mh)

2.627

ĸ (Kcal/hm°C)

0.538

ρ (Kg/m3)

994.1

Cp (Kcal/Kg°C)

0.998

λ@p=1.59 (Kcal/kg)

644.06

 

Cálculo del calor cedido (Qv)

En donde se obtiene de tablas de vapor a presión
absoluta

Cálculo de la eficiencia térmica del
equipo

Cálculo del área de transferencia de
calor

Cálculo del coeficiente global de transferencia
de calor experimental:

 

Cálculo de la media logarítmica de
temperatura

Donde:

 

Cálculo de la velocidad del agua

Cálculo de los coeficientes de película
interior y exterior

Película Interior

Nota: Para este cálculo las propiedades
físicas se toman a temperatura media ™ del
agua

Tm= 34.5 °C por lo tanto:

Película exterior

Para este cálculo las propiedades físicas
se toman a temperatura de película (Tf) del
vapor

Las propiedades son a temperatura de película
(tf) del condensado (excepto λ)

Tabla de propiedades a temperatura media @=75.38
°C

µ (Kg/mh)

1.358

ĸ (Kcal/hm°C)

0.5739

ρ (Kg/m3)

973.7

Cp (Kcal/Kg°C)

1.002

λ (Kcal/kg)

644.06

 

 

Cálculo del coeficiente global de transferencia
de calor teórico

Cálculo de la desviación porcentual
%D

  1. TABLA DE RESULTADOS

    R

    P

    Gma

    Gmv

    Qa

    Qv

    ŋ

    ΔTML

    Uexp

    hi

    he

    Uteo.

    D

    %

    Kg/cm2

    Kg/h

    Kg/h

    Kcal/h

    Kcal/h

    %

    ºC

    Kcal/hm2
    °C

    %

    58.5

    0.8

    714.5

    46.56

    10696.065

    29987.43

    35.66

    61.44

    476.59

    1388.25

    7308.44

    994.23

    52.06

    82

    0.8

    918.6

    34.92

    17418.49

    22490.57

    77.44

    60.21

    772.27

    1733.5

    7395.72

    1199.1

    35.59

     

  2. Tabla de
    resultados

    CONDENSADOR
    HORIZONTAL

     

    La gráfica nos representa el porciento del
    rotámetro contra el factor global de transferencia (u)
    teórico (azul) y experimental (verde), los valores
    experimentales se encuentran debajo de los
    valores teóricos esto, por que no se
    alcanzó la máxima eficiencia, que pude ser
    debido a varios factores (mala operación del equipo,
    estado de
    desgaste del equipo, incrustaciones por la calidad del
    agua,
    etc.). Los valores esperados teóricamente de U para un
    gasto volumétrico mayor son elevados respecto a un
    gasto menor, debido a que la velocidad aumenta y consecuente
    la cantidad de calor transferido, también debido a que
    una velocidad mayor provoca un movimiento
    turbulento que propicia que los coeficientes de
    película sean mayores, y por lo tanto que las
    películas sean más delgadas.

     

    A continuación se compara una grafica de
    condensador vertical con condiciones de operación
    similares, que ayudará a analizar el comportamiento de ambos equipos. A diferencia
    de la gráfica del condensador horizontal los valores
    del rotámetro fueron 50 y 80%, pero podemos observar
    que los valores teóricos aún así son
    mucho menores a los esperados en el condensador horizontal, a
    pesar de contar con las mismas características del
    equipo en cuanto al área de transferencia, la
    eficiencia también resulta pobre, lo cual se ve
    reflejado en los valores de los coeficientes de transferencia
    global que son muy bajos tanto experimentalmente como
    teóricamente, por lo que no se cedió el calor
    requerido al de las especificaciones del equipo.

  3. ANALISIS DE
    GRAFICAS

    Solo se pudieron recolectar dos corridas de datos debido
    a que al realizar una tercera la presión se
    había modificado de 0.8 a 0.6 Kg/cm2, pese a los
    intentos de volver a regularla, no se logró tal
    objetivo
    pues la caldera ya había sido apagada. Con la toma de
    los datos recolectados elaboramos la gráfica %R vs U,
    puede tener ciertas fallas debido a que solo hay dos corridas
    de para los puntos de referencia por lo que la información de la gráfica puede
    ser pobre y poco precisa, es recomendable hacer la toma de
    por lo menos 3 corridas en régimen permanente para
    seguir la tendencia. Hay que tener especial cuidado en el uso
    de la válvula reguladora de presión y con la
    tubería por la que pasa el vapor, pues se calienta
    demasiado y puede provocar quemaduras al tocarlas por
    descuido.

  4. Observaciones:

    Antes de empezar a operar el equipo, se recomienda
    verificar que la válvula del rotámetro se
    encuentre cerrada, para que al alimentar el agua
    por la tubería, no sufra daños por la
    presión impulsada por la bomba, también se
    recomienda purgar la línea de vapor para que en la
    tubería se elimine cualquier rastro de líquido
    condensado que pudiese haber quedado tras operaciones
    anteriores. Al igual que eliminar al condensado que se forma
    en el condensador horizontal, pues de caso contrario el
    condensado afectaría al calor que se desea ceder del
    vapor al agua, puesto que también se lo
    transmitiría al condensado hasta que este se
    convirtiese a vapor.

     

  5. Recomendaciones.
  6. Conclusiones:

El condensador horizontal es un equipo que nos permite
la transferencia de calor de un vapor a un líquido, su
funcionalidad y eficiencia esta directamente relacionado a su
área de transferencia y a la posición en la que
se encuentra, por favorecer un goteo constante del vapor que se
ha convertido en condensado, y que ayuda a definir las capas de
transferencia de calor que se forman en la longitud de los
tubos interiores, este fenómeno se debe a que las capas
son más constantes a diferencia de la película
que va resbalando por el condensador en posición
vertical, las cuales en el transcurso del tiempo van
teniendo un espesor diferente, por lo que las resistencias
de películas no son iguales a lo largo de la longitud
del condensador.

Por los valores obtenidos de los coeficientes de
transferencia global, se aprecia que el condensador horizontal
tiene una eficiencia mayor al del condensador vertical, la
energía cedida es mucho mayor, y esto es lo que se
está buscando en la toma de elección de un
equipo, cabe mencionar que las otras ventajas serían: el
mantenimiento del equipo ( que es más
accesible que el de posición vertical), la longitud del
tubo de transferencia, se requieren de longitudes más
cortas.), entre otras, por lo tanto se puede concluir que la
eficiencia del condensador horizontal es mayor a la del
condensador vertical.

 

  • Referencias bibliográficas: Manual del Ing.
    Químico, Perry

 

 

 

Autor:

Sandra I. Calzadilla González

Partes: 1, 2
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