La condensación por película es
susceptible a l análisis
matemático y los cálculos de los condensadores
comerciales se basan en este tipo de
condensación.
En la condensación por película los
coeficientes de transferencia de calor son mas
bajos que en la condensación por goteo, el espesor de la
película se ve afectado por la velocidad,
viscosidad, la
densidad, el
diámetro del tubo la textura de la superficie por la que
se efectúa la condensación y sobretodo por la
posición del condensador.
En la condensación los equipos pueden ser
colocados en forma horizontal o vertical dependiendo de la
aplicación del condensado.
Para poder definir
la posición de un condensador debe tomarse en cuenta la
facilidad de mantenimientos, el tipo de soportes estructurales y
el costo que
implica, generalmente es más costoso instalar un
condensador de tipo vertical
La posición del condensador afecta
considerablemente el valor de los
coeficientes de película
La práctica se realizara utilizando un
condensador de haz de tubos colocado en forma vertical con las
mismas características del condensador horizontal para
poder comparar ambos equipos.
Los factores que se deben considerar en la
elección de un intercambiador de calor son:
– Temperatura a
la que se trabaja
– Estado del
fluido (vapor o líquido)
– Presión a
la que se someten los fluidos.
– Pérdidas de presión en los
intercambiadores
– Caudal del fluido
– Acción
corrosiva del fluido tratado
– Posibilidad del sistema de
ensuciarse, que supone pérdida de calor
- Tamaño posible de la
instalación
El condensador vertical instalado en el laboratorio de
operaciones
unitarias consta de:
- Un condensador vertical de cabezal flotante con 5
tubos BWG 18 Admiralty de 5/8 de diámetro y de una
longitud de 1.5m - , Un rotámetro con tubo de vidrio con
capacidad de 19
lt/min - Una bomba centrifuga,
- 4 indicadores de temperatura,
- 5 termopares
- 1 indicador de temperatura digital
- 1 selector de temperatura
- 2 tanques atmosféricos de 57 cm
de diámetro con indicador de nivel de vidrio para el
manejo de agua - 1 tanque atmosférico de 38.5 cm
de diámetro con indicador de nivel de vidrio para el
manejo del condensado frío, - un enfriador de serpentín de acero
inoxidable tipo 304 para subenfriar el
condensado, - 2 manómetros de tipo Bourdon,
- Una válvula reductora de
presión, - Una trampa de vapor tipo cubeta
invertida, - Un filtro,
- Una válvula de seguridad
Instructivo de operación general del
equipo
- Verificar que el sistema este cerrado
- Abrir la línea general
- Abrir las válvulas de alimentación de
agua
fría al tanque y al enfriador - Abrir las válvulas desde la
alimentación del agua de tanque a la bomba, la de
recirculación - Poner a funcionar la bomba
- Abrir la válvula de alimentación de
agua al condensador (válvula de descarga de
rotámetro) y fijar el gasto de
operación - Abrir la válvula general de vapor al
equipo - Abrir la válvula reductora de
presión - Abrir la válvula de globo
- Abrir la válvula de purga de
vapor - Purgar y cerrar válvula de purga y fijar
condiciones de operación del equipo (0.5 a 1.5
kg/cm2), observando la presión en el
manómetro - Se opera el equipo hasta obtener régimen
permanente, registrando las temperaturas de los indicadores
hasta que permanezcan constantes - Tomar los datos
experimentales de presión, temperaturas, gastos de
agua y vapor en determinado tiempo - Cambiar las condiciones de operación (se
puede cambiar la presión o gasto de agua o ambos) se
opera el equipo y se busca establecer el régimen
permanente - Se obtienen los nuevos datos
experimentales
Para finalizar la operación se cierra la
válvula de alimentación del vapor
- Se deja funcionar el condensador de calor hasta que
este se enfríe (aprox. 3-5 min.) - Se apaga la bomba y se cierra la válvula del
rotámetro - Se cierra la válvula de alimentación
del agua.
Rotametro | P | tae | tac | Tv | Tc | Tcfrío | ΔZa | θ | ΔZc |
% | Kg/m2 | ºC | ºC | ºC | ºC | ºC | m | h | m |
80 | 8000 | 27 | 41.4 | 113.3 | 110.1 | 27 | 0.161 | 0.1166 | 0.023 |
50 | 2600 | 27 | 46.9 | 113.3 | 110.3 | 27 | 0.215 | 0.1166 | 0.025 |
50 | 2600 | 27 | 43.6 | 101.7 | 98.6 | 27 | 0.198 | 0.0833 | 0.014 |
Tabla de Datos
Experimentales
Secuencia de
Cálculos
Determinar el gasto volumétrico del
agua
Donde:
r | Densidad del agua | 996 kg / m3 |
Cálculo del gasto volumétrico del
vapor
Cálculo del gasto masa de vapor
en donde:
r | Densidad del condensado frío | 996 kg / m3 |
Cálculo del calor ganado (Qa)
Donde:
Cp = | Calor específico del agua | 0.998kcal/ kgºC |
Cálculo del calor cedido (Qv)
en donde se obtiene de tablas de vapor a presión
absoluta
λ= | Calor latente | 543.3 y 559.6 kcal/kg |
Cálculo de la eficiencia
térmica del equipo
Cálculo del coeficiente global de
transferencia de calor
Cálculo de la media logarítmica de
temperatura
En donde:
Cálculo del área de
transferencia de calor
Cálculo del coeficiente global de
transferencia de calor teórico
Donde:
k= | Conductividad térmica del material (Tubo | 95.2 kcal/ mhºC |
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
Donde:
k= | Conductividad térmica del agua | 0.5393 kcal/ mhºC |
ρ= | Densidad del agua | 951 kg/m3 |
μ= | Viscosidad del agua | 2.599 Kg/mh |
Cp= | Calor especifico del agua | 0.998 kcal/ kgºC |
Cálculo de la velocidad del
agua
Película exterior
he
Nota: Para este cálculo las propiedades
físicas se toman a temperatura de película
(Tf) del vapor excepto en donde:
Este cálculo es un aproximado de la temperatura
de pared
Donde:
Las propiedades son a temperatura de película
(tf) del condensado
μ= | Viscosidad del vapor | 1.2856 kg/mh |
ρ= | Densidad del vapor | 971.53kg/m3 |
k= | Conductividad térmica del | 0.577kcal/ mhºC |
g= | Aceleración de la gravedad | 127137600m/h2 |
Cálculo de la desviación porcentual
%D
Tablas 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/hm2ºC | % | |||
80 | 8000 | 338.73 | 22.87 | 4867.94 | 12426.23 | 39.17 | 77.16 | 168.4 | 361.74 | 3353.07 | 530.95 | 68.28 |
50 | 2600 | 452.34 | 24.86 | 8938.42 | 13506.78 | 66.17 | 74.32 | 321.06 | 960.06 | 3466.79 | 644.39 | 50.17 |
50 | 2600 | 583.1 | 19.48 | 9660.15 | 10905.14 | 85.58 | 64.92 | 397.25 | 1176.3 | 3145.02 | 738.48 | 46.2 |
Resultados experimentales y
teóricos condensador vertical
R | P | t(ºC) | T(ºC) | Qa | Qv | ŋ | ΔTML | Uexp | hi | he | Uteo. | D |
% | Kg/ m2 | Kcal/h | Kcal/h | % | ºC | Kcal/hm2ºC | % | |||||
50 | 2600 | 28 | 45 | 10335.44 | 12439.5914 | 83.98 | 63.12 | 437.814 | 1278.456 | 7582.65 | 913.57 | 52.07 |
Resultados experimentales y
teóricos condensador horizontal
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Perry; Manual de ing.
químico
Zara Llens
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