UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN

Laboratorio Experimental Multidisciplinario IIIIngeniera Qumica Reporte #1: Intercambiadores de Calor de Tubo y Coraza I (Sistema Agua-Vapor)

Equipo #3Arias Bardales Oscar DanielHernndez Jimnez Jessica LilianaUribe Blancas David Morales Saloma Mara Fernanda

Profesora:Mara Elena Quiroz MacasGrupo: 2501Fecha de Entrega: 25 de Febrero 2015IntroduccinLa prctica de intercambiadores de calor de tubo y coraza nos permite familiarizar al estudiante con los equipos de transferencia de calor. As como el clculo de sus coeficientes globales de transferencia de calor terico y experimental, as como la comparacin mediante grficas de estos mismos.Es importante conocer los equipos de transferencia de calor ya que en la industria qumica estos equipos son utilizados de forma cotidiana, con la principal funcin de calentar enfriar, son indispensables tambin porque fungen como auxiliares en todos los equipos de operaciones unitarias.En el trabajo de experimentacin se trabaj con el intercambiador de tubos y coraza del LEM III, a continuacin se muestran los resultados obtenidos del mismo, as como los clculos necesarios para conocer al equipo completamente.

Generalidades Un intercambiador de calor de coraza y tubo es el esquema mostrado a continuacin donde:

1-Coraza 2-Cabezales de tubos o espejos3-Bridas para fijar los carretes4-Tapas5-Deflectores transversales6- EspaciadoresCuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura. El calor se puede transferir mediante conveccin, radiacin o conduccin. Aunque estos tres procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.Conduccin: Es la ms sencilla de entender, consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.Radiacin: Es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (slido o lquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existir una transferencia de calor por radiacin de A a B.Conveccin: En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o lquido) en movimiento que transporta la energa trmica entre dos zonas. La transmisin de calor por conveccin puede ser: Forzada: a travs de un ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a travs de una zona caliente y ste transporta el calor haca la zona fra. Natural: el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que se desplace haca la zona ms fra donde cede su calor. Se define el Coeficiente superficial de transmisin de calor h [W/m2 K], tambin llamada coeficiente de pelcula o conductancia superficial, como el parmetro que relaciona el flujo de calor Q [W/m2] entre una superficie y el ambiente como funcin lineal de la diferencia de temperatura superficie-aire [K].Q = U D T [W/m2]ReStNuPrPeGz

Procedimiento experimental EquipoServicios

Intercambiador de Calor de tubos y Coraza ubicado en el LEM III Agua Helada Vapor

Dejando pasar 5 minutos entre cambio de flujos, esto para estabilizar el equipo, para luego tomar las mediciones de temperaturaINTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA I(Sist. Agua-vapor)Una vez verificado que los servicios se encontraran disponibles y el material a utilizar:Servicios:*Agua helada*VaporPercatndonos que la vlvula de retorno de agua helada estuviera cerrada y abierta la de tanque de condensado;Se trabaj a diferentes flujos [gal/min]

Y procurando mantener una presin constante de 0.5kg/cm2;Finalmente se abre la vlvula del condensado; se cierra el acceso de vapor, permitiendo vaciar y enfriar el equipo.FIN.Material:*Termmetro de bulbo de mercurio*Cronmetro*4 pares de guantes de asbesto*Probeta [2L]

Resultados ExperimentalesTemperatura de Entrada: 10CPresin de Vapor: 0.5 Kg/cm2Flujo (gal/min)T (C)

0.92

89

1.84

69

2.76

50

3.68

34

4.8

26

Tabla 1. De resultados experimentales en las 5 corridasAnlisis de ResultadosPara el clculo de los coeficientes globalesExperimental:

Para el clculo del calor total se considera que

Por lo que

Para el ltimo clculo de diferencia logartmica de temperatura

Para obtener la temperatura del vapor se considera nicamente la Presin de vapor y la temperatura se obtiene de las tablas de vapor

Para realizar los clculos necesarios es indispensable tener una tabla con las propiedades que se requieren, para el clculoCorridaDensidad lb/pie3Cp BTU/lbFT prom Fviscosidad lb/ft*h

161.6952481121.11.4176512

261.954461103.11.4418432

362.15761861.4950656

462.2914171.61.6402176

562.34196164.41.7509384

Resultados Clculos del coeficiente de transferencia global experimentalCorridaFlujo m. lb/hrQ agua

11456.834897207161.922

22055.293846218272.206

32935.505203211356.375

44472.34214193205.18

56110.239844175974.908

Tabla de flujo msico experimental y el calor calculado a partir de la ecuacin de QCorridaT entrada FT salida FTLM

150192.248.1552134

250156.264.0325879

35012276.2595502

45093.285.4389327

55078.889.7624614

Tabla del clculo para TLMCorridaU exp BTU/lbF

1608.7567924

2482.3636621

3392.1916214

4319.99276

5277.4170773

Tabla de resultados del clculo del coeficiente de transferencia experimentalPara poder obtener la grfica experimental de Uexperimental vs. Reynolds es necesario calcular la masa velocidad, mediante la siguiente ecuacin

CorridaG Lb/hr*ft^2

1209375.524

2295385.721

3421889.222

4642762.596

5878160.368

Tabla de resultados de la masa velocidadTeniendo los resultados de la masa velocidad se calcula Reynolds, obteniendo lo siguienteCorridaReynolds

11866.449255

23748.582247

35641.309985

47537.937904

59840.073323

Terico:

Obteniendo los siguientes resultados:T prom CT prom FKPrViscosidad lb/ft*hrUn

49.5121.10.36966.545454550.00071761.7359568217.8041286

39.5103.10.36836.568558240.00063421.5342026431.1394896

30860.36666.5990180.00060211.4565490543.2505444

2271.60.36246.675496690.00058281.4098601354.7466743

1864.40.36116.699529220.00046581.126823767.8382442

hihioU teo (Btu/h ft^2 F)

95.3543824104.76268149.9186856

166.1885815182.58585587.0008839

229.7587246252.428252120.280298

287.4973882315.863797150.506892

354.9686998389.992278185.828595

Con los datos que se calcularon del coeficiente de Re y el coeficiente global de transferencia de calor se obtiene esta grafica donde se representa la relacin entre el nmero de Re y el U para el coeficiente terico.Para obtener la grfica comparativa es necesario presentar de manera tabulada los elementos a considerar en el grfico:

CorridaU exp BTU/lbFU teo (Btu/h ft^2 F)Reynolds

1608.756792449.91868561866.449255

2482.363662187.00088393748.582247

3392.1916214120.2802985641.309985

4319.99276150.5068927537.937904

5277.4170773185.8285959840.073323

ConclusionesLa grafica que representa la relacin entre el coeficiente de Re con los coeficientes terico y experimental muestra claramente que la transferencia a los distintos flujos que se midieron no es muy satisfactoria aunque se puede deducir que cuando nuestros puntos caen, significa que en el intercambiador es la mxima transferencia de calor y con estos puntos lo que se est haciendo es forzar al equipo a una mayor transferencia de calor, debido a que las condiciones del intercambiador no son muy favorables no se puede favorecer ms la transferencia de calor.Pudo haber errores de diversos tipos pues las grficas no resultaron como las esperadas, se ven muy alejadas de lo que se obtiene normalmente.