Determinacion Del Coefciente Integral de Transferencia de Calor 1

Laboratorio de Procesos Unitarios IIAlpire Leonardo

Gonzales Salamanca AndresSalazar Salazar Adrian

Condensación de vapor

1. Introducción El vapor se utiliza en muchos procesos tecnológicos como agente de calentamiento por condensación.

En esta práctica se realizara un análisis tecnológico para un enfriador-condensador con agua para establecer un balance térmico, determinar el valor del coeficiente global de transferencia de calor y el coeficiente de convección de transferencia de calor interior y exterior.

Se utiliza el equipo de destilación para generar vapor por calentamiento eléctrico y el sistema refrigerante (intercambiador tubo en tubo) para condensar el vapor. El condenso resultado se enfría en el tubo interior del intercambiador y por el espacio anular circula agua de enfriamiento en contracorriente. Se mide el caudal del condensado y de agua de enriamiento y las temperaturas de entrada y salida de los dos flujos que intercambian el calor.

2. Objetivos ● Realizar el balance térmico del condensador-enfriador para determinar el flujo térmico intercambiado● Determinar el coeficiente global de transferencia de calor para el condensador-enfriador● Determinar los coeficientes convectivos de transferencia de calor

3. Materiales ● Equipo de destilación con cabezal con orificio par a medición de temperatura● Tubo refrigerante ● Tanque de nivel constante con mangueras y llave de control del caudal● 3 termómetros● Cronometro● Flexómetro● Vernier● 2 soportes universales con pinzas para el balón de destilación y el tubo de refrigeración ● Vaselina● Placa de calentamiento con agitar magnético ● 2 probetas de 100 ml y 200 ml

4. Procedimiento Descripción del montaje:

1.-El balón de vidrio

1 | Página



2.-Electrodos metálicos conectados a la red eléctrica por el intermedio

3.-Se reemplaza con la placa de calentamiento con agitador mecánico

4.-Llave de entrada de agua para la alimentación discontinua del agua

5.-Tubo de unión del balón de vidrio con el tubo interior del condensador-enfriador 6

7.-Termometropara medir la temperatura del vapor de agua. Se considera que el vapor generado es vapor saturado

8.-Termometro para medir temperatura del condensado

9.-Linea salida del condenso

10.-Probeta para medir el caudal del flujo caliente

11.-Vaso de nivel constante

12.-Llave para la red de agua

13.-Llave para la canalización

14.-Llave control del caudal de agua de enfriamiento

15,16.-Termometro para medir la temperatura del agua fría que entra al enfriador-condensador y agua caliente que sale

17.-Probeta para medir el caudal del agua de enfriamiento

1.-Medir:

-Diámetro interior, di y el diámetro exterior, de del tubo interior del condensador de vidrio

-El diámetro interior del tubo exterior del condensador, Di

-La longitud efectiva de transferencia de calor del tubo interior del condensador, L

2 | Página



2.-Eealizar el montaje

3.-Llenar tres cuartos el balón de destilacion

4.-Asegurar el nivel constante en el vaso 11

5.-Mediante la llave 14 abrir y reglar la alimentación con agua de enfriamiento el condensador. El agua de enfriamiento no debe calentarse más de 10-15°c

6.-Encender la placa de calentamiento y esperar la ebullición de agua en el balón

7.-Medir las 4 temperaturas características hasta que el sistema entra en estado estacionario

8.-En ese momento, registrar:

-Temperatura del vapor, tc1

-Temperatura del condensado, tc2

-Temperatura de entrada del agua de enfriamiento, tr1

-Temperatura de salida de agua de enfriamiento, tr2

-Caudal de condenso, mc en Kg/s

Repetir mediciones después de 10-15 minutos

9.-Interrumpir la alimentación con energía eléctrica, cerrar la alimentación con agua fría del condensador, cerrar la alimentación con agua del vaso 11

5. Cálculos y resultados

T c1=88.5° C T r1=23 °C Qvi=7ml64.81

=0.108mls

T cp=57.28 ° C T rp=27.5 °C

T c2=26 °C T r2=32 °C Qve=100ml10.13

=9.87mls

ρH 2o57.25 °C=984.689 kg

m3 → ṁc=Qc∗ρH 2o57.25°C=0.108∗10−7∗984.689=1.06 ¿10−4 kg

s

ρH 2o27.5 °C=996.38 kg

m3 → ṁr=Qr∗ρH 2o27.5° C=9.87∗10−6∗996.38=9.83 ¿10−3 kg

s

3 | Página



C p→57.75°C

ΔH evap→detablas a88.5° C

Qenf=ṁc∗C p∗ΔT=1.06∗10−4∗4.18∗(88.5−26)=0.028 kW

Qcond=ṁc∗ΔH evap=1.06∗10−4∗2289.6=0.243 kW

BALANCE DE CALOR:

Qced=Q enf+Qcond=0.028+0.243=0.271 kW

Q|¿|=ṁr∗C p∗ΔT=9.83∗10−3∗4.18∗(32−23)=0.369 kW ¿

Q|¿|=Q rad¿

Δt 1=88.5−32=56.5 ° C

t rx=tr1+Qenf

ṁr∗C p=23+ 28

9.83 ¿10−3∗4184=23.68° C

Δt x=88.5−23.68=64.82 °C

Δt f=26−23=3° C

ΔT cond=64.82−56.5

ln ( 64.8256.5

)=60.56 ° C

ΔT enf=64.82−3

ln( 64.823

)=20.11° C

ΔT intercambiado=1

Qcond

Δtcond∗Qced+

Qenf

Δtenf∗Qced

=50.13 ° C

U est=Q

Ae∗Δt= 271π∗0.1631∗0.0169∗50.13

=624.28 wm2∗° C

4 | Página



Calculo coeficiente convectivo externo:

Agua refrigerante con Tp=27.5°C

V=Qv

A= 9.87∗10−6

π4

(0.032−0.0169¿¿2)=0.0204 ms

¿

Nre= δ∗V∗Dμ

=997.78∗0.0204∗0.01310.836∗10−3 =318.95

Npr=Cp∗μK

=4.184∗0.836∗10−3

0.745=4.695∗10−3

Nnu=0.038∗(Nre )0.8(Npr)0.333(de

d i)0.15

( μμ pared

)0.14

=hede

k

Nnu=0.038∗(318.95)0.8(4.695∗10−3)0.333( 0.030.0169

)0.15

=he∗0.030.745

he=17.65 [Kwm°C

]

Calculo coeficiente convectivo interno:

Agua condensada con Tp=57.25°C

hi=0.725(k3∗δ2∗H vap∗g

d i∗μ)0.25

∗( 1Dk

)0.25

hi=0.725(0.7453∗985.292∗2.2896∗106∗9.8

0.0108∗0.4889∗10−3 )0.25

∗( 12)0.25

hi=22032,57[w

m°C]=22,032[ Kw

m°C]

Calculo del coeficiente global de transferencia de calor

U cond=1

de

hi∗d i+

de

2∗klnde

d i+ 1he

5 | Página



de=0.0169m

d i=0.0108m

U cond=192.07[w

m2∗°C]

T p=t f 2+ t fx2

+U cond (t c 1−t f 2+t fx2

)( 1he

+de

2∗kln

de

d i)

T p=32+26.22

2+1206.76(88.5−32+23

2)( 11426

+ 0.01642∗0.745

ln 0.01690.0108

)

T p=87.52 °C

Valores medidos Valores experimentales Valores calculados

tc1=88.5 °C Qcond= 0.243 KW W=0.0204

tc2= 26 °C Qenf= 0.028 KW he=17.64 KW/m 2 °C

tr1= 23°C Qced= 0.271 KW hi=22.032 KW/m 2 °C

tr2=32°C Qabs= 0.369 KW Uint=197.07 W/m 2 °C

mc= 1.06¿10−4 ΔTcond=60.56 ° C Tpi=87.52°C

Mr= 9.83¿10−3 ΔTenf =20.11°C

ΔT=¿50.13°C

Uext=624.28 W/m 2 °C

6. Conclusiones Con ayuda de los procedimientos adecuados, se pudo determinar el flujo térmico a través de un balance térmico, siempre teniendo en cuenta los diferentes factores, como el uso adecuado de equipo.

6 | Página



Continuando con la elaboración de datos, concluimos al determinar ambos coeficientes, el coeficiente global de transferencia de calor y el coeficiente convectivo ambos de la transferencia de calor para el condensador-enfriador.

7. Cuestionario ● Comenta los resultados, son valores aceptables? De qué forma se introducen errores en la práctica?

Este valor es algo aceptable debido a que esta en medio de un intervalo de la temperaruta entre

26< 87.52<88,5, pero de igual manera no es un resultado muy bueno por los errores de la practica que en este caso fueron el caudal de refrigeracion que no fue del todo constante por mas que intentamos mantenerlo asi.

● Analiza los pasos de la práctica e indica de qué forma se puede mejorar la práctica.

Una manera de mejorar la practica seria por medio de una refrigeracion constante con un caudal alto.

● Cuáles son las tres formas de transferencia de calor en un intercambiador?Existen tres tipos de transferencia de Calor, convección, conducción y radiación, pero en los intercambiadores la transferencia solo se realiza por convección y conducción. Y en este caso existía conducción a través de la pared de vidrio, convección al interior del tubo de condensado y convección entre el tubo de refrigeración y el de condensación.

● Cuál es la diferencia entre el vapor seco y el vapor húmedo? Que es y para qué sirve la trampa de vapor?

Al referirse a vapor seco se entiende que este está libre de agua líquida, es decir, todo el vapor está completamente gaseoso sin algún rastro de líquido y al referirse a vapor húmedo es al revés, el gas esta aun con una proporción de líquido.

Las trampas de vapor son un tipo de válvula automática que filtra el vapor condensado y automáticamente descarga el condensado de tuberías o equipos, esto con el fin de eliminar el espacio de líquido condensado sin dejar escapar el vapor así para obtener una mayor eficiencia en el intercambio de calor con el vapor.

7 | Página



8. Bibliografía http://www.absorsistem.com/tecnologia/condensacion/principios-basicos-de-la-condensaci%C3%B3n

http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/steam-heat-transfer.html

http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-07642004000400007

8 | Página

Documents

Determinacion Del Coefciente Integral de Transferencia de Calor 1