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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 (tm) 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 (tm) 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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