pract de camissaaa

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA PETROLERA

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

PRACTICA No. 4 INTERCAMBIADOR DE CALOR CAMISA Y SERPENTIN

PROFESOR ING. JUAN INFANTE MARTINEZ

ALUMNO OCTAVIO ORTIZ HERNANDEZ

GRUPO 5PV1

FECHA DE ENTREGA MIERCOLES 2 DE MAYO DE 2012

Objetivo En esta practica se estudiara la transmisin de calor a travs de tanques con dos tipos diferentes de calentamiento: uno provisto de una chaqueta alrededor de l y otro un serpentn sumergido dentro del liquido a calentar. En ambos casos se trabajara en rgimen permanente con agitacin mecnica del liquido, de tal manera que se obtengan datos suficientes para la comparacin de la eficiencia de ambos equipos y determinar cual de los dos tiene mejor transmisin de calor, comparando el valor de sus respectivos coeficientes globales.

Desarrollo de experimentacin 1. Verificar que todas las vlvulas del sistema se encuentren cerradas al comenzar las pruebas experimentales 2. Verificar el suministro de agua fra y vapor en este orden 3. Llenar el tanque de agua fra 4. Mediante el encendido del motor de la bomba alimentar de agua fra l intercambiador de calor, regulando cuidadosamente con las vlvulas el flujo para obtener un rgimen permanente de operacin 5. Suministrar agua alas enfriadores de condensado 6. Abrir parcialmente la vlvula de alimentacin general del vapor y purgar perfectamente el equipo de alimentacin de vapor para eliminar el condensado y los gases incompensables que pueda contener. 7. Manteniendo cerrada la vlvula de alimentacin el cambiador de calor, abrir completamente la vlvula de alimentacin general de vapor y regular la presin de trabajo, con la lectura indicada en el manmetro correspondiente. Como la respuesta no es instantnea en el manmetro, al variar la abertura de la vlvula reguladora se deber esperar unos segundos para verificar la lectura. 8. Estabilizar el sistema para lograr el rgimen permanente, manteniendo constantes los parmetros anteriores. 9. Por medio de los termmetros respectivos, anotar cada una de las y temperaturas del sistema a intervalos peridicos cada 5 minutos, hasta obtener anotaciones aprox constantes con respecto ala anteriores. Cuando se ha logrado este se pueda decir que es sistema esta operando a rgimen permanente y puede procederse a tomar varios datos. 10. Cerrar las descargas de los tanques de medicin y efectuar la lectura de las diferencias de nivel en un tiempo lo suficientemente grande para evitar errores (15 a 20 minutos). Anotar tambin la presin de vapor de calentamiento.

Una vez que se hayan tomado los datos experimentales se procede a parara el equipo mediante la secuela siguiente: 1-.Cerrar el suministro de vapor, permitiendo que e la gua fra contine circulando para que se enfri el equipo. 2-. Cortar la circulacin de agua al cambiador de calor desconectando el motor de la bomba, y al enfriador, cerrando la vlvula. 3.- descargar los tanques empleados. 4.- verificar que todas las vlvulas estn en posicin de cerrado y los switches en apagado.

Marco terico

Un intercambiador de calor es un dispositivo construido para la transferencia de calor eficiente de un medio a otro. El medio puede ser separado por una pared slida, de modo que nunca se mezclan, o pueden estar en contacto directo. Son ampliamente utilizados en la calefaccin, refrigeracin, aire acondicionado, plantas de energa, plantas qumicas, plantas de petroqumica, petrleo refineras, y procesamiento de gas natural. Un ejemplo comn de un intercambiador de calor es el radiador en un coche, en el que la fuente de calor, fluidos de ser un motor caliente-fro, el agua, la transferencia de calor al aire que fluye a travs del radiador (es decir, el medio de transferencia de calor). El rol del serpentn es el mismo que la chaqueta. Por lo general, es de un material que no pueda daar al sistema que se encuentra en el tanque, y que perdure en la vida til del bioproceso, entre los materiales est: cobre, vidrio, acero inoxidable, que por referencias, nos ha indicado que tiene buenos resultados. Segn el diseo o necesidades del bioproceso, se lo coloca en distintas ubicaciones al interior del biorreactor, sabiendo que este mtodo es mucho mejor cuando se trata de biorreactores de mayor capacidad donde la chaqueta ya no resulta la mejor opcin. Las chaquetas son menos eficientes que los serpentines, tienen mayor costo inicial y resultan bastante difcil su limpieza mecnica debido a que el acceso al interior de la misma es complicado. En comparacin con los serpentines las camisas son una eleccin ineficiente, ya que un serpentn de la misma superficie

presenta un mayor intercambio de calor alrededor de 125% superior en comparacin con la chaqueta En la industria un medio muy usado para la transmisin de calor lo constituyen las camisas y serpentines de calentamiento ya sea en reactores, tanques de almacenamiento y otros equipos lo que hace importante su estudio. Los recipientes encamisados en la industria son utilizados para procesar lotes en donde la diferencia de temperatura de calentamiento o enfriamiento no es constante. La camisa en un recipiente provee mtodo adecuado de calentamiento o enfriamiento en trminos de control, eficiencia y calidad del producto. Existen varios tipos de camisas destacando en su uso la camisa convencional, la de ojuelos y la de tubo de media caa. Es una cubierta extra alrededor de un recipiente en un espacio anular generalmente concntrico entre la pared exterior del recipiente y el interior de la camisa. Este tipo de recipiente asegura la transferencia de calor en clarea mxima del recipiente generalmente usa deflectores para asegurar el flujo de calentamiento. Los materiales que se pueden usar para su fabricacin es acero al carbn, acero inoxidable, nquel, monel (aleacin), etc. Estos equipos son econmicos y generalmente utilizan agitadores para acelerar la transferencia de calor. El serpentn de tubos proporciona uno de los medios ms baratos para superficies de transferencia de calor, pueden ser de diferentes tipos, siendo el ms comn el serpentn bafleados y el serpentn helicoidal. Los materiales de construccin ms usados son acero inoxidable, monel, acero al carbn, y diferentes tipos de aleaciones.

Tabla de datos experimentales (camisa)No. De corrida experimental 1 Temperaturas (C) ta1 ta2 tv tc 23 77 105 92.43 Lectura del Presin del Vapor Rotmetro (kg/cm2) M3/hr 0.4 0.3 Diferencia de Niveles (Z)a ----(Z)c 0.126m

a------

c15min

Tabla de datos experimentales (serpentn)No. De corrida experimental 1 Temperaturas (C) ta1 ta2 tv tc 23 76 105 92.43 Presin del Vapor Lectura del (kg/cm2) Rotmetro 0.4 0.3 m /hr3

Diferencia de Niveles (Z)a ---(Z)c 0.124m

a-----

c15min

Clculos (camisa) 1) Gasto masa de agua Se dispone de diferencia de niveles o de pesadas, del tiempo respectivo y los datos del equipo de tal forma se tiene que:

(

) (

)

2) Gasto maso del vapor de calentamiento.

La densidad se evala ala temperatura que tiene el condensado al llegar el tanque colector.

3) Calor aceptado por el agua. [ ]( ( )( ) ) ( )

4) Calor suministrado por el vapor [[

][ ] (

)]

Tambin se puede calcular as:

5) Clculo de la eficiencia trmica del equipo.

Este valor nunca ser superior al 100%. Primer mtodo: ( )

Segundo mtodo: ( )

6) Gradiente de temperatura.

7) Coeficiente global de transmisin de calor experimental se despeja de la conocida ecuacin de Fourier:

(

)

8) coeficiente de pelcula Estos coeficientes de transmisin de calor se calculan mediante una ecuacin teorica-empirica apropiada a las condiciones especficas de cada ocasin. Este clculo requiere de mucho cuidado para seleccionar la ecuacin adecuada, tomando en cuenta su rango de aplicacin. ( ) ( )

(

) (

)

(

)

(

)

9) coeficiente global de transmisin de calor terico Se utilizan los coeficientes de pelcula y las propiedades de la pared por las que atraviesa el calor:

[

]

10) porciento de error Es una medida relativa de comparacin entre los valores experimentales y terico del coeficiente global de transmisin de calor.

Clculos (serpentn) 1)Gasto masa de agua Se dispone de diferencia de niveles o de pesadas, del tiempo respectivo y los datos del equipo de tal forma se tiene que:

(

) (

)

2) Gasto maso del vapor de calentamiento.

La densidad se evala ala temperatura que tiene el condensado al llegar el tanque colector.

3) Calor aceptado por el agua. [ ]( ( )( ) ) ( )

4) Calor suministrado por el vapor [[

][ ] (

)]

Tambin se puede calcular asi:

5) Clculo de la eficiencia trmica del equipo.

Este valor nunca ser superior al 100%. Primer mtodo: ( )

Segundo mtodo: ( )

6)Gradiente de temperatura.

7) Coeficiente global de transmisin de calor experimental se despeja de la conocida ecuacin de Fourier:

(

)

8) coeficiente de pelcula Estos coeficientes de transmisin de calor se calculan mediante una ecuacin teorica-empirica apropiada a las condiciones especficas de cada ocasin. Este clculo requiere de mucho cuidado para seleccionar la ecuacin adecuada, tomando en cuenta su rango de aplicacin. ( ) ( )

(

) (

)

(

)

Se llevaron acabo dos clculos uno con L y otro con d ext, para asi determinar cual es el correcto. Con L

(

)

Con dext

(

)

Se determino que hedext es el correcto por lo cual es el que se ocupa para calcular la Uteorica

9) coeficiente global de transmisin de calor terico Se utilizan los coeficientes de pelcula y las propiedades de la pared por las que atraviesa el calor:

[

]

10) porciento de error Es una medida relativa de comparacin entre los valores experimentales y terico del coeficiente global de transmisin de calor.

Tabla de resultados (camisa)No. Corrid a exp. Gma (kg/hr) Gmc (kg/hr) Hi (Kcal/hr m2C) He (Kcal/hr m2C) Eficiencia (%) Uexp (Kcal/hr m2C) Uteo (Kcal/hr m2C) Error (%)

1

97.1362

Tabla de resultados (serpentn)No. Corrid a exp. Gma (kg/hr) Gmc (kg/hr) Hi (Kcal/hr m2C) He (Kcal/hr m2C) Eficiencia (%) Uexp (Kcal/hr m2C) Uteo (Kcal/hr m2C) Error (%)

1

96.8780

Variables ocupadas en la camisa obtenidas de tablas Variable K agua fra K agua caliente agua fra agua caliente agua fria agua caliente valor 536.3 kcal/kg 0.5749 0.587 973.324 kg/m3 954.69 1.3381 0.972

Variables ocupadas en la camisa obtenidas de tablas Variable K agua fria K agua caliente agua fria agua caliente agua fra agua caliente valor 536.3 kcal/kg 0.5742 0.587 973.324 kg/m3 954.69 1.3381 0.972

Conclusiones Se cumpli el objetivo de la practica ya que se determino el coeficiente de transferencia de calor del equipo, as como tambin se determino que el equipo se encuentra en gran estado y funciona correctamente, esto se pudo demostrar al obtener en resultados que la eficiencia del equipo esta por encima del 97%, lo cual es un gran resultado. Conforme a los datos obtenidos se determino que en la camisa se obtuvo mayor eficiencia, fue muy mnima pero fue mayor que el equipo de serpentin. El intercambiador de que se encuentra conformado por los dos equipos, camisa y serpentn, es un gran equipo ya que su puede llevar acabo la transferencia de calor de un fluido frio a un fluido caliente a una gran rapidez.

Observaciones En el equipo se encuentran dos precalentadores que no se encuentran en funcionamiento. Mientras se llevaba acabo la operacin del equipo, fue cerrada una vlvula de circulacin del agua la cual impidi que pasara flujo por el rotmetro, por lo tanto tuvo que detener la operacin del equipo. Se trabajo en orden y con buena organizacin para trabajar con el equipo. Bibliografahttps ://www.u-cursos.cl/ingenieria/2006/2/IQ53D/1/.../104422