1.-OBJETIVOS Determinar la eficiencia termica del equipo Determinar el comportamiento del equipo tomando encuenta el tipo de condensacin Analizar el comportamiento del condensador vertical de acuerdo a las diferentes condiciones de operacin Analizar la eficiencia termica del condensador horizontal con respecto al condensador vertical Aprender a operar el equipo de condensador vertical Determinar el coeficiente global de transferencia de calor experimental y teorico

1.1.-OBJETIVOS ESPECFICOS1. Calcular los coeficientes peliculares experimentales.2. Calcular los coeficientes totales de transmisin de calor para la operacin: U3. Calcular Re4. Comparar los coeficientes peliculares calculados para la condensacin pelicular de agua, con los datos de condensacin en gota.

2.-INTRODUCCIN

Un condensador es un cambiador de calor que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado lquido, tambin conocido como fase de transicin.En la condensacin o vaporizacin, las cantidades de calor involucradas para una libra de fluido son idnticas. Para fluidos(Un fluido puede existir como gas, vapor o lquido), puros a una presin dada, el cambio de fase de lquido a vapor o de vapor a lquido ocurre a una sola temperatura que es la de Saturacin o de equilibrio El cambio de lquido a vapor es vaporizacin, y el cambio de vapor a lquido es condensacin. La vaporizacin o condensacin de un compuesto puro se efecta isotrmicamente, ya que los cambios de transferencia de calor ocurren a presin constante.

Cuando un vapor se remueve despus de su formacin y no se le permiten contactos posteriores con el lquido, la adicin de calor al vapor causa sobrecalentamiento, durante el cual se comporta como un gas. Si se condensa una mezcla de vapores en lugar de un vapor puro, a presin constante, en muchos casos los cambios no tienen lugar isotrmicamente. La condensacin tiene lugar a muy diferentes velocidades de transferencia de calor por cualquiera de los dos siguientes y distintos mecanismos fsicosen forma de gota y en forma de pelcula. El coeficiente de pelcula en la condensacin est influido por la textura de la superficie en la cual tiene lugar la condensacin y tambin si la superficie condensante est montada vertical u horizontalmente. A pesar de estas complicaciones aparentes, la condensacin, igual que el flujo laminar, es susceptible de un estudio matemtico directo.La temperatura de condensacin en el condensador es la que determina la presin de operacin en la columna destiladora, ya que la temperatura de saturacin del vapor vara con su presin. El destilado debe condensar en el condensador a una temperatura suficientemente alta, de manera que su calor latente pueda ser eliminado por el agua de enfriamiento. El tamao del condensador depende de la diferencia entre la temperatura de condensacin y el rango de temperatura del agua de enfriamiento. Si la temperatura de condensacin est muy cercana al rango de temperatura del agua de enfriamiento a presin atmosfrica, la presin de destilacin debe elevarse para permitir obtener unA VARIACION ms altA.

2.1 TIPOS DE CONDENSACION 2.1.1 CONDENSACIN EN PELCULAEn esta condensacin las gotas son totalmente afines con la superficie, formndose as una pelcula, a medida que se condensa el vapor, cubre la superficie, para ello se requiere vapor adicional para que se condense en la pelcula y no en la superficie de condensacin. Debido a laresistenciade la pelcula del condensado a la transferencia de calor los coeficientes de transferencia para la condensacin por gota son de 4 a 8 veces ms grandes que en pelcula.En el mecanismo de condensacin en forma de pelcula, se pueden realizaranlisismatemticosbien estructurados. Para ello Nusselt encontr tericamente correlaciones que modelan la condensacin en pelcula con resultados que se ajustan bien a la parte experimental (laboratorio).

Entre los tipos de condensacin ms realizados se tienen:- Condensacin de vapores simples:Vapor saturado: Puede existir una condensacin parcial o total; tambin puede haber una condensacin seguido de un sub enfriamiento.Vapor sobrecalentado: Hay primero un de sobrecalentamiento y luego la condensacin.Condensacin dentro de tubos: En esta se pueden presentar de sobrecalentamientos, condensaciones o sub enfriamientos.- Condensacin demezclasde vapores con condensados inmiscibles.- Condensacin de la unin y mezcla de vapores congasesno condensables.

Loscondensadores ms empleados en la industria son:Condensadores parciales: se emplean cuando se desea en unprocesocondensar una porcin del vapor que se utiliza. Condensador de superficie: es un aparato tubular, empleado especialmente para condensar el vapor de agua.Condensador de reflujo: se maneja en un circuito cerrado para mantener una mezcla lquida en su punto de ebullicin hasta completar una reaccin qumicasi es este caso, tratar de concentrar una solucin para obtener mejoresproductos.Condensador ciego: es aquel que est puesto verticalmente y el vapor ingresa a los tubos por la parte inferior, y el condensado retorna por ellos mismos. Es de igual manera un elemento intercambiador trmico, en cual se pretende que cierto fluido que lo recorre, cambie a fase lquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor (cesin de calor) con otro medio. La condensacin se puede producir bien utilizandoairemediante el uso de un ventilador o con agua (esta ltima suele ser en circuito cerrado con torre derefrigeracin, en un ro o la mar). La condensacin sirve para condensar el vapor, despus de realizar untrabajo termodinmico.2.1.2 CONDENSACIN EN FORMA DE GOTACuando un vapor puro saturado entra en contacto con una superficie fra tal como un tubo, se condensa y puede formar gotitas en la superficie del tubo. Estas gotitas pueden no exhibir ninguna afinidad por la superficie y en lugar de cubrir el tubo se desprenden de l, dejando metal descubierto en el cual se pueden formar sucesivas gotitas de condensado. Cuando la condensacin ocurre por este mecanismo se llama condensacin en forma de gota.

Los dos mecanismos son distintos e independientes de la cantidad de vapor condensante.. Debido a la resistencia de la pelcula de condensado al paso de calor a travs de ella, los coeficientes de transferencia de calor para la condensacin por gotas son de 4 a 8 veces mayores que para la condensacin de pelcula. El vapor de agua es el nico vapor puro conocido que se condensa en forma de gota y se requieren condiciones especiales para que esto ocurra, influyendo principalmente la presencia de polvo en la superficie o el uso de contaminantes que se adhieran a la misma. La condensacin por gota tambin tiene lugar cuando varios materiales se condensan simultneamente como en una mezcla, y donde la mezcla de condensado no es miscible, como en el caso de hidrocarburos y vapor de agua.

2.2 APLICACIONES 2.2.1 EN LA INDUSTRIA:Las industrias qumicas deben prevenir la emisin no deseada de compuestos orgnicos voltiles (VOCs) dentro de la atmsfera. Los VOCs representan un peligro para la salud y el medioambiente, por lo que la ley regula estrictamente su emisin. Existen algunos nombres para procesos de condensacin que disminuyen los contenidos de VOC: recuperacin de solventes, recuperacin de vapores, recuperacin criognica, etc2.3 TEORIA DE NUSSELTEn la condensacin sobre una superficie vertical, se forma una pelcula de condensado y posteriormente sucede la condensacin y transferencia de calor que se efecta por conduccin a travs de la pelcula, la que se supone que est en rgimen de flujo laminar hacia abajo. El espesor de la pelcula influye bastante en la velocidad de condensacin, puesto que el calor que acompaa a la remocin de vapores de la fase de vapor se encuentra con la pelcula de condensado como una resistencia que puede ser considerable. El espesor de la pelcula es una funcin de la velocidad de drenado que vara con la desviacin de la superficie de la posicin vertical. Para una superficie vertical el espesor de la pelcula aumenta acumulativamente de la parte superior a la base. Por esta razn, el coeficiente de condensacin para un vapor condensante en una superficie vertical decrece de la parte superior a la base, y para lograr un coeficiente grande de condensacin, la altura de la superficie no deber ser muy grande. La velocidad de drenado para cantidades iguales de condensado es tambin funcin de la viscosidad del condensado, a menor viscosidad menor espesor de la pelcula. Para todos los lquidos la viscosidad disminuye con aumento de temperatura y, consecuentemente, el coeficiente de condensacin aumenta con la temperatura del condensado.

Las derivaciones dadas con respecto a esto son autora de Nusselt, para las cuales se siguen las siguientes suposiciones:

1. El calor desprendido por el vapor es nicamente calor latente.2. El drenado de la pelcula de condensado es solamente por flujo laminar y el calor se transfiere a travs de la pelcula por conduccin.3. El grueso de la pelcula en cualquier punto es funcin de la velocidad media de flujo y de la cantidad de condensado que pasa por ese punto.4. La velocidad de las capas individuales de la pelcula es una funcin de la relacin entre las fuerzas de corte friccional y el peso de la pelcula.5. La cantidad de condensado es proporcional a la cantidad de calor transferido que a su vez est relacionado al espesor de la pelcula y a la diferencia de temperatura entre el vapor y la superficie.6. La pelcula de condensado es tan delgada que permite un gradiente lineal en la temperatura.7. Las propiedades fsicas del condensado se toman a la temperatura media de la pelcula.8. Se supone que la superficie est relativamente limpia y lisa.9. La temperatura en la superficie del slido es constante.10. Se desprecia la curvatura de la pelcula.

2.4.-TIPOS DE CONDENSADOR:En la condensacin los equipos pueden ser colocados en forma horizontal o vertical dependiendo de la aplicacin del condensado. Para poder definir la posicin de un condensador debe tomarse en cuenta la facilidad de mantenimientos, el tipo de soportes estructurales y el costoque implica, generalmente es ms costoso instalar un condensador de tipo vertical La posicin del condensador afecta considerablemente el valor de los coeficientes de pelculaLa prctica se realizara utilizando un condensador de haz de tubos colocado en forma vertical con las mismas caractersticas del condensador horizontal para poder comparar ambos equipos.Los factores que se deben considerar en la eleccin de un intercambiador de calor son: - Temperatura a la que se trabaja- Estado del fluido (vapor o lquido)- Presin a la que se someten los fluidos.- Prdidas de presin en los intercambiadores- Caudal del fluido- Accin corrosiva del fluido tratado- Posibilidad del sistema de ensuciarse, que supone prdida de calorEl coeficiente de pelcula o coeficiente de conveccin, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por conveccin.El coeficiente de conveccin depende de mltiples parmetros relacionados con el flujo del fluido a travs del cual se da la conveccin:* del tipo de conveccin (forzada o natural)* del rgimen del fluido (laminar o turbulento)* de la velocidad del flujo* de la viscosidad del fluido,* de la densidad del fluido,* de la conductividad trmica del fluido,* del calor especfico del fluido.* del coeficiente de dilatacin del fluido,* de la forma de la superficie de intercambio* de la rugosidad de la superficie de intercambio* de su temperatura,* de si el derrame es interior o exterior,...

El coeficiente de transferencia de calor U general es una medida de la capacidad global de una serie de barreras y convectiva conductora para la transferencia de calor. It is commonly applied to the calculation of heat transfer in heat exchangers , but can be applied equally well to other problems. Es comnmente aplicada para el clculo de la transferencia de calor en intercambiadores de calor.Para el caso de un intercambiador de calor, U puede ser utilizado para determinar la transferencia de calor total entre las dos corrientes en el intercambiador de calor por la siguiente relacin: Q = U A T L M Q = U M A L T donde: Q = velocidad de transferencia de calor (W) U = coeficiente global de transferencia de calor (W / (m K)) A = transferencia de calor de superficie (m 2) T L M = media logartmica diferencia de temperatura (K) El coeficiente de transmisin trmica global tiene en cuenta los coeficientes de transferencia de calor individual de cada corriente y la resistencia del material de la tubera. Se puede calcular como el inverso de la suma de una serie de resistencias trmicas (pero ms complejas relaciones existentes, por ejemplo, cuando la transferencia de calor se lleva a cabo por diferentes vas en paralelo

3.-EQUIPO A OPERAR

3.1 CONDENSADOR HORIZONTAL:

Una coraza o envoltura de tubo de acero negro de 6 pulgadas. Un condensador horizontal de cabeza flotante con 5 tubos calibre II, BWG 18 admiralty de 5/8 de dimetro externo y una longitud de 1.5m. Una bomba centrifuga de 1HP. 2 tanques atmosfricos de 57cm. De dimetro interior con un indicador de nivel de vidrio para el manejo de agua. 1 tanque atmosfrico de 38.5 cm. De dimetro interior con un indicador de nivel de vidrio para el manejo del condensado frio. Un enfriador de serpentn de acero inoxidable tipo A304 para sub enfriar el condesado.Instrumentos: Un rotmetro con tubo de vidrio con capacidad de 18.5 L/min. 4 indicadores de temperatura. 5 termopares. 1 indicador de temperatura. 2 manmetros de tipo bourdon. 1Selector de temperaturasVlvulas y accesorios: Una vlvula reductora de presin. Una tapa de vapor. Un filtro para trampa de vapor. Una vlvula de seguridad3.2 CONDENSADOR VERTICAL Un condensador vertical de cabeza flotante con 5 tubos, calibre BWG nm. 18 admiralty de5/8 de dimetro exterior y una longitud de 1.5m. Una bomba centrifuga de 1HP. 2 tanques atmosfricos de 57cm de dimetro con indicador de nivel de vidrio para el manejo del agua. 1 tanque atmosfrico de 38.5 cm de dimetro con indicador de nivel de vidrio para el manejo del condensado frio. Un enfriador de serpentn de acero tipo 304 para sub enfriar el condensado. 1 filtro para trampa de vaporInstrumentos: manmetros de tipo burdon. 4 indicadores de temperatura. 5 termopares. 1 indicador de temperatura digital. 1 selector de temperatura. 1 rotmetro con tubos de vidrio con capacidades de 19 L/minVlvulas y accesorios: Una vlvula reductora de presin. Una trampa de vapor tipo cubeta invertida. Una vlvula de seguridad

4.-CONDENSADOR VERTICAL (DATOS EXPERIMENTALES)% RotmetroTermopar 1Termopar 2Termopar 3Termopar 4 Z

%entrada H2OCond. CalienteSalida H2OVaporcm

4028111431151.1

6027111391131.3

8027110371121.6

4.1 SECUENCIA DE CALCULOS

1. Clculo del gasto volumtrico del agua.

=8.64

2. Clculo del gasto masa del agua.

3. Clculo del gasto volumtrico.

4. Clculo del gasto masa del condensado.

5. Clculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa).

6. Clculo del calor cedido por el vapor (Qv).

7. Clculo de la eficiencia trmica del equipo.

8. Clculo de la media logartmica de la diferencia de temperaturas.

Donde

9. Clculo de rea de transferencia de calor.

10. Clculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental.

11. Clculo de la velocidad de flujo del agua.

12. Clculo del coeficiente de pelcula interior.

Nota: para este clculo las propiedades fsicas se evalan a temperatura media (tm) del agua.

Propiedades fsicas del agua a 35.5C

=993.7 kg/m3=2.538 kg/mhCp= 0.999 kcal/kgCK=0.5337 kcal/mhC

13. Clculo de la temperatura de pelcula (Tf).

Este clculo es un aproximado de la temperatura de pares (Tsup) o temperatura de superficie.

En donde las propiedades fsicas son evaluadas a temperatura de pelcula (Tf) del condensado.

=970.97 kg/m3=1.2636 kg/mhCp= 1 kcal/kgCK=0.572 kcal/mhC

14. Clculo del coeficiente de pelcula exterior.

Nota: para este clculo las propiedades fsicas se evalan a temperatura de pelcula (Tf).

15. Clculo del coeficiente global de transferencia terico.

16. Clculo de la desviacin porcentual (%D) del coeficiente experimental.