Reporte 1 Coraza 1
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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.