ManualPracticasTranferenciaDeCalor

ITESO Laboratorio de Transferencia de Calor

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LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

MANUAL DE PRÁCTICAS

Prácticas para el ciclo de Otoño 2010

I. Efecto de los materiales en la Transferencia de Calor. II. Evaluación del Coeficiente Global de Transferencia de Calor. III. Intercambiador de doble tubo: Comparación de arreglos diferentes.

Programación: La programación de las prácticas se encuentra en los tableros de la entrada a los laboratorios de PTI. También podrán encontrarla en Moodle en la página del curso y en la de las “Prácticas de laboratorio” (ver instrucciones para ingresar a está última página en los propios tableros de la entrada a los laboratorios). Es responsabilidad de cada alumno verificar los días que les fueron asignados para la realización de cada práctica. Las prácticas tienen una duración de aproximadament e 100 min. Deben presentarse en la fecha que tienen asignada, NO HAY CAMBIOS . Aspectos generales: 1. Para realizar las prácticas de laboratorio y tener derecho a ser calificado se debe cumplir con todas

las normas y reglas del laboratorio. Algunas de ellas: • Siempre se debe ingresar al laboratorio con la protección mínima: bata, lentes de

seguridad con protección lateral, zapatos cerrados y cabello recogido. No usar medias de nylon ni zapatos con tacones altos.

• Identificar la ubicación de extinguidores, regaderas y rutas de evacuación, así como no obstruir el acceso a los mismos.

• Está prohibido fumar en el área de los laboratorios. • Está prohibido introducir alimentos a los laboratorios. • Está prohibido el uso de radios o cualquier fuente de música durante las prácticas. • Al finalizar la práctica deben dejar el lugar de trabajo ordenado, limpio y seco.

2. La sesión de laboratorio empieza 10 minutos después del horario programado (ejemplo, 13:10 hrs.).

A dicha hora se cerrará la puerta y nadie más podrá ingresar. El alumno que no se presente a una práctica tendrá una calificación de cero en la misma.

3. El trabajo en el laboratorio se hará en equipos. El número de integrantes de cada equipo se definirá

en cada sesión de práctica.


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Forma de Evaluación: 1. Para aprobar la materia es necesario aprobar el laboratorio . La calificación del laboratorio

contribuye con el 15% de la nota total curso. 2. El reporte previo es un trabajo individual, deberá ser entregado antes del inicio de cada práctica y es

requisito indispensable para poder ingresar al labo ratorio y realizar la práctica. Se entregará manuscrito en papel reciclado , no debe exceder de dos cuartillas e indicar claramente la bibliografía .

3. Se entregará un reporte individual por cada prác tica. Este reporte se entregará al ing. Eulalio

Sánchez, encargado del laboratorio de Ing. Química, a más tardar siete días después del día en que se realizó la práctica. No se recibirán reporte s atrasados.

4. Se pide que lo reportado sea redacción propia de los alumnos, será penalizado si incluyes párrafos

copiados y pegados de libros o de páginas de la Web. Los reportes (previo y final) idénticos o copiados tendrán calificación de cero.

5. Puntuación:

Promedio de los reportes previos: 10 % Promedio de reportes: 90 %

Guía para la elaboración del reporte: El reporte debe contener la siguiente información:

1. Carátula: Menciona el tipo de laboratorio, título de la práctica, datos del alumno y fecha.

2. Resumen: Presentación breve de la práctica. Debe ser autónomo: qué se hizo y qué se obtuvo, mostrando solo los resultados más sobresalientes. No más de 50 palabras.

3. Introducción: Planteamiento del problema dentro del cual se sitúa la práctica: importancia y/o

justificación, antecedentes, principales conceptos teóricos manejados en la práctica, objetivo, ecuaciones generales que se utilizan para los cálculos. Esta sección debe ser breve y concisa (aprox. 1 cuartilla).

4. Materiales y métodos: Responder a las preguntas ¿qué?, ¿cómo? y ¿con qué? Descripción de

lo realizado. Incluir un dibujo o diagrama que ejemplifique la práctica, de acuerdo a los símbolos ISO para cada equipo utilizado. NO se pide una lista de los materiales. Describe ampliamente el los pasos del procedimiento experimental.

5. Resultados y discusión: Exposición discusión y análisis de los resultados obtenidos y de los

cálculos realizados (incluye tablas o gráficos debidamente numeradas e identificadas).

6. Conclusiones: Exposición concisa de lo más relevante que se demostró o quedó claro a través de la práctica realizada. (aprox. media cuartilla)

7. Referencias: Menciona la fuente exacta de donde se tomó la información. Mínimo dos fuentes .

Formato: Autor (APELLIDO, Nombre); “TÍTULO”; Editorial; Edición; Año; Páginas.


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EFECTO DE LOS MATERIALES EN LA TRANSFERENCIA DE CAL OR

Práctica No. 1 Objetivo Determinar el coeficiente global de transferencia de calor en un intercambiador de doble tubo con diferentes flujos y comparar el efecto de distintos materiales (vidrio, aluminio y acero inoxidable) en la transferencia de calor. Reporte previo

1.- Define transferencia de calor por conducción. 2.- Define transferencia de calor por convección. 3.- Define transferencia de calor por radiación. 4.- Investiga el valor de los coeficientes k de calor por conducción para cada uno de los materiales usados en esta práctica. 5.- Reporta las ecuaciones para el cálculo teórico de la resistencia térmica total (RT), del coeficiente global de transferencia de calor (U) y de la diferencia de temperatura logarítmica media (∆T

lm) para un

intercambiador de calor de doble tubo. 6.- ¿Qué material (vidrio, aluminio y acero inoxidable) esperas que tenga el desempeño más pobre en la conducción de calor? ¿Por qué? 7.- Conociendo el flujo volumétrico, reporta las ecuaciones para el cálculo del Número de Reynolds del flujo dentro del tubo interior. 8.- ¿Qué mecanismo (conducción o convección) crees que domine a Re muy bajos y Re muy altos? Desarrollo de la práctica 1. Se hace circular un flujo de agua fría constante de alrededor de 2L/min en cada intercambiador, se mide con probeta y cronómetro y se registra. 2. Se fija un flujo de agua caliente igual para los tres intercambiadores comenzando con 3.5 L/min. El flujo se controla con la ayuda de los rotámetros instalados en cada intercambiador y se registra. 3. La temperatura de agua caliente (T1 ver diagrama) debe estar entre 50 y 55ºC, se fija con la ayuda del control de la resistencia eléctrica y se registra. 4. Se mide y registra la temperatura de entrada de agua fría (T2). 5. Se verifica que los flujos y temperaturas se encuentre estables. 6. Se procede a medir y registrar las temperaturas de salida de cada intercambiador (T3, T4 y T5). 7. Se modifica el flujo de agua caliente de cada intercambiador en decrementos de 0.5 L/min y se repiten los pasos 3 a 7 hasta llegar a 0.5 L/min. 8. Se repite todo el proceso una vez más por lo menos.

Resultados y discusión a reportar 1. Calcula los valores experimentales de U y RT a partir de los datos medidos de flujo y temperatura

(no estimes de ninguna manera los coeficientes individuales de convección “h”). 2. Reporta y tabula las U y RT prácticas calculadas para cada intercambiador y para cada flujo,

indicando los cálculos realizados.


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3. Describe de manera exhaustiva todos los cálculos que realizaste para llegar a los resultados que reportas.

4. Grafica U vs. Re (una sola gráfica en donde se pueda ver el comportamiento de los tres

intercambiadores).

5. Grafica RT vs. Re (una sola gráfica en dónde se pueda ver el comportamiento de los tres intercambiadores); incluye además en esta gráfica el valor teórico de las tres resistencias térmicas conductivas Rk de los tres tubos suponiendo que son constantes.

6. Haz un análisis de los hallazgos experimentales.

Bibliografía Kern, Donald. “Procesos de transferencia de calor”, CECSA. 1989. Çengel, Yunus.”Transferencia de calor y masa”, McGraw-Gill. 2007 Diagrama del Sistema Experimental


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EVALUACIÓN DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Práctica No. 2

Objetivo. Determinar experimentalmente el coeficiente global de transferencia de calor (U) en un intercambiador de doble tubo en distintas condiciones de gasto y comparar contra el valor teórico obtenido con correlaciones adecuadas. Desarrollo de la práctica. La práctica consiste en la determinar el coeficiente global de transferencia de calor de un intercambiador de doble tubo; el tubo interno es de cobre y por él circula vapor que se condensa parcialmente al hacer pasar por el tubo externo agua fría; el tubo externo es de polipropileno, poco conductor, por lo que se asume que apenas existen fugas de calor al ambiente, y por tanto, no es necesario un aislamiento térmico. Realiza un mínimo de 10 lecturas para 10 flujos distintos de agua fría. Reporte previo

1. ¿Cuáles son las correlaciones más usadas para obtener h? ¿Para qué condiciones son

aplicables? 2. Conociendo el flujo volumétrico, reporta las ecuaciones para el cálculo del Número de Reynolds

para el flujo en el tubo externo.

3. ¿Por qué no será necesario determinar coeficiente de transferencia de calor del flujo interno hi?

4. ¿Existiría alguna diferencia entre trabajar en contracorriente y en paralelo? Resultados a reportar. El coeficiente global de transferencia de calor en las diferentes condiciones de gasto y compararlo con el obtenido por medio de correlaciones, describiendo de manera exhaustiva todos los cálculos que realizaste. Pasa tus resultados a una sola gráfica contra el Número de Reynolds , en donde se aprecien las diferencias entre el valor de U práctico y el obtenido de las correlaciones. Bibliografía. Kern, Donald. “Procesos de transferencia de calor”, CECSA. 1989. Maza, Rodolfo. “Tesis en Ingeniería Química”, ITESO. 1993. Barreiro, Miguel. Tesis en Ingeniería Química: “Análisis de la transferencia de calor en helicoidales que conducen aire en régimen turbulento”. ITESO. 1994. Stoever, Herman. “Applied Heat Transmission”. McGraw-Hill. New York. 1941.


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INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO: COMPARACIÓN DE ARREGL OS

DIFERENTES

Práctica No. 3 Reporte previo

1. Menciona y describe brevemente 4 diferentes diseños de intercambiadores de calor.

Objetivo. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor (U) en un intercambiador de doble tubo en distintas condiciones de gasto, para dos arreglos distintos y compáralos. Desarrollo de la práctica. La práctica consiste en utilizar termopares y un adquisidor de datos para medir las temperaturas de los flujos a la entrada y a la salida del agua caliente y fría de cada intercambiador para los dos arreglos. Se hará circular agua caliente por el tubo interno que es de cobre y por el tubo externo, que es de polipropileno, circulará agua fría. Sólo se variará el flujo de agua fría comenzando por el flujo máximo y reduciéndolo paulatinamente hasta tener por lo menos 4 flujos para cada arreglo. Para el flujo máximo y el arreglo en serie asegúrate de tomar las lecturas de temperatura de los 10 termopares, con el objeto de realizar lo que se pide en el inciso 1 de “Resultados a reportar”. Se calculará el coeficiente global de transferencia de calor a diferentes gastos, para dos diferentes arreglos (ver diagrama); se fijarán aproximadamente los mismos gastos para los diferentes arreglos. El cálculo experimental se comparará con el cálculo teórico. Resultados a reportar.

1. Notando que para el primer arreglo los tres intercambiadores se pueden considerar como un intercambiador del triple de longitud, para los datos del primer gasto de agua fría traza una gráfica de temperatura vs. distancia similar a las de la figura 11.1 del texto de Çengel.

2. Presentar una tabla con el coeficiente global de transferencia de calor en las diferentes

condiciones de gasto para ambos arreglos y hacer la comparación de éstos, comparar datos experimentales con teóricos. Graficar la variación del coeficiente global (U) de ambas configuraciones contra el número de Reynolds del flujo de agua fría (una sola gráfica para los dos).

Bibliografía. Kern, Donald. “Procesos de transferencia de calor”, CECSA. 1989. Çengel, Yunus.”Transferencia de calor y masa”, McGraw-Gill. 2007 Stoever, Herman. “Applied Heat Transmission”. McGraw-Hill. New York. 1941.


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CL. EQUIPO CL. EQUIPOB1 Bomba centrífuga TQC Tanque aislado recuperador de agua caliente.C1 Calentador eléctrico TQF Tanque para medición de flujo de agua fria.I1 Intercambiador de doble tubo 1 TA a TJ Termopares tipo "K"I2 Intercambiador de doble tubo 2 Vx VálvulasI3 Intercambiador de doble tubo 3

Equipo de intercambiadores de calor para evaluar el desempeñoen distintas configuraciones y condiciones de opera ción

TB

TA I3

I2

I1

Agua Fría

AguaCaliente

TG

TD

TC

TH

TE

TJ

TI

TF

C1

B1

TQF

TQC

V1

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V3

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