Objetivos:

Determinar la eficiencia trmica de los equipos.

Determinar el comportamiento del equipo tomando en cuenta las condiciones de operacin.

Analizar que intercambiador de calor es ms eficiente, trabajando en las mismas condiciones de operacin.

Determinar el coeficiente global de transferencia de calor experimental y terico.

Marco terico:

Serpentn:El serpentn de tubos proporciona uno de los medios ms baratos de obtener superficie para transferencia de calor. Generalmente, se construyen doblando longitudes variables de tubera de cobre, acero, o aleaciones, para darle forma de hlices, o serpentines helicoidales dobles en los que la entrada y salida estn convenientemente localizadas lado a lado. Los serpentines helicoidales de cualquier tipo se instalan frecuentemente en recipientes cilndricos verticales, ya sea con agitador o sin el, y siempre se provee de espacio entre el serpentn y la pared del recipiente para circulacin. Cuando estos serpentines se utilizan con agitacin mecnica, el eje vertical del agitador corresponde usualmente al eje vertical del cilindro. Los serpentines de doble espiral pueden instalarse dentro de las corazas con sus conexiones pasando a travs de la coraza o sobre su tapa. Tales aparatos son similares a un intercambiador tubular, aunque limitados a pequeas superficies. Otro tipo de serpentn es el de espiral plano, que es un espiral enrollado en un plano de manera que se puede localizar cerca del fondo de un recipiente para transferir calor por conveccin libre. La manufactura de los serpentines, particularmente con dimetros superiores a 1plg, requiere tcnicas especiales para evitar que el tubo se colapse dando secciones elpticas, ya que esto reduce el rea de flujo.Camisa:El encamisado o enchaquetado se utiliza con frecuencia para recipientes que necesitan limpieza frecuente o para los recubrimientos de vidrio que son difciles de equipar con serpentines internos. La camisa elimina la necesidad del serpentn. Los tres medios ms utilizados en la camisa son agua, vapor y refrigerante tales como amoniaco y fren. En la camisa con agua el espacio entre los cilindros es pequeo para que exista una velocidad de escurrimiento alto que mejora el coeficiente de transmisin de calor e impide con su turbulencia la formacin de depsitos, generalmente se utiliza el sistema en contracorriente y debido a la alta velocidad de flujo la diferencia de procesos en contracorriente y en paralelo es pequeo. Al calentar con vapor se debe distribuir el vapor a lo largo de la camisa y el condensado escurre por la caera hasta el fondo donde es eliminado.Al enfriar con refrigerantes la situacin es la siguiente:Muchos aparatos operan con el sistema inundado y la camisa es alimentada por la parte inferior y la ebullicin del refrigerante se produce dentro de la camisa y como la eficiencia del sistema exige que la camisa este siempre hmeda, la corriente de lquido y vapor sube al estanque de purga donde se separa el vapor del lquido, volviendo este ltimo a la camisa donde se mantiene el nivel por medio de una vlvula.Conveccin:La conveccin se refiere al flujo de calor asociado con el movimiento de un fluido, tal como cuando el aire caliente de un horno entra a una habitacin, o a la transferencia de calor de una superficie caliente a un fluido en movimiento. El segundo significado es ms importante para las operaciones unitarias, de forma que incluye la transferencia de calor a partir de paredes metlicas, partculas solidas y superficies liquidas. Por lo general, el flujo convectivo por unidad de aire es proporcional a la diferencia entre la temperatura de la superficie y la temperatura del fluido, como establece en la ley de Newton de enfriamiento.

A diferencia de la conductividad trmica, el coeficiente de transferencia de calor no es una propiedad intrnseca del fluido, sino que depende tanto de los patrones de flujo determinados por la mecnica de fluidos como de las propiedades trmicas del fluido.

Si:

El calor ser transferido del fluido a la superficie.

Conveccin natural y forzada:

Cuando las corrientes en fluido son consecuencia de las fuerzas de flotacin generadas por diferencias de densidad, que a su vez se originan por gradientes de temperatura en la masa del fluido, la accin recibe el nombre de conveccin natural. Cuando las corrientes se deben a un dispositivo mecnico tal como una bomba o agitador, el flujo es independiente de las diferencias de densidad y recibe el nombre de conveccin forzada. Las fuerzas de flotacin tambin existen en la conveccin forzada, pero por lo general solo tienen un pequeo efecto. Intercambiadores de camisa y serpentn:

Datos experimentales:

PVTVTCTCfriotaguatagua calientezcondensadowagua

Kg/cm2CCCminCCcmminKg

Camisa1.2118112264268511.51017.6

Serpentn0.8511246262.31265012.81017.6

Diagrama de flujo:

Secuencia de clculos (corrida camisa)

Gasto masa del agua:

Gasto volumtrico del condensado:

Gasto masa del condensado:

Calor ganado o absorbido Qa:

Calor cedido Qv:

Pbar Kj/Kg

22201.9

2.190

2.502181.5

*interpolando entre estos valores para obtener :

Eficiencia trmica:

Diferencia de temperatura:

Coeficiente global de transferencia de calor experimental:

Coeficiente de pelcula interior:

*las propiedades se evalan a la temperatura de salida del agua (t2 =85C), la viscosidad se considera 1 debido a que el fluido es poco viscoso, c se evala a temperatura de Tsup :

T CKg/m3

80971.53

85

90965.34

*interpolando entre estos valores para obtener :

T CK Kcal m/h C

800.577

85

900.582

*interpolando entre estos valores para obtener k:

T C cp

1000.284

101.5

1100.256

*interpolando entre estos valores para obtener k:

Coeficiente de pelcula exterior:

*las propiedades se evalan a la temperatura de pelcula Tf:

Temperatura de superficie Tf:

T CK Kcal m/h C

1000.586

105.625

1100.588

*interpolando entre estos valores para obtener k:

T CKg/m3

100958.38

105.625

110951.00

*interpolando entre estos valores para obtener :

T C cp

1000.284

105.625

1100.256

*interpolando entre estos valores para obtener :

TC Kj/Kg

1002257.0

105.625

1102130.2

*interpolando entre estos valores para obtener :

Coeficiente global de transferencia de calor terico:

Desviacin porcentual:

Secuencia de clculos (corrida serpentn)

Gasto masa de agua:

Gasto volumtrico del condensado:

Gasto masa del condensado:

Calor ganado o absorbido por el agua:

Calor cedido Qv:

Pbar Kj/Kg

1.502226.5

1.8469

22201.9

*interpolando entre estos valores para obtener :

Eficiencia trmica:

Diferencia de temperaturas:

Coeficiente global de transferencia de calor experimental:

Coeficiente de pelcula interior:

*las propiedades fsicas se evalan a temperatura de pelcula Tf :

Temperatura de pelcula Tf :

T CK Kcal m/h C

800.577

88.75

900.582

*interpolando entre estos valores para obtener k:

T CKg/m3

80971.83

88.75

90965.34

*interpolando entre estos valores para obtener :

T C cp

800.357

88.75

900.317

*interpolando entre estos valores para obtener :

*la densidad se evala a la temperatura que tiene el condensado al llegar al tanque colector.

T C Kg/m3

25997.07

26

30995.67

*interpolando entre estos valores para obtener :

Coeficiente de pelcula exterior:

*las propiedades fsicas se evalan a temperatura de salida del agua (t2):

T C cp

800.357

81

900.317

*interpolando entre estos valores para obtener :

Coeficiente global de transferencia de calor:

Desviacin porcentual:

Tabla de resultados experimentales:PGmaGmvQaQv%TUexphiheUteo%D

******

Camisa1.2264.26442.40615666.41322238.94370.4465.5374.123635.3316894.32533.15329.82

Serpentn0.85457.14247.19511000.67424923.57944.1374288.09612912.838954.2652615.10388.98

Observaciones:Debemos mencionar que nuestro equipo no se opero en condiciones optimas ya que parte de l se encuentra averiado como el flotador del serpentn, no se cuenta con rotmetro, hay pequeas fugas en las tuberas, todos estos detalles afectan dentro de nuestra operacin, debido a que por parte del operario hay fallas en las lecturas de la temperatura, presin. Por tal motivo se registran errores a la hora de hacer la secuencia de clculos porque se esperan un tipo de resultados y aparecen un poco disparados o todo lo contario.es por eso que debemos operar ms concentrados en nuestro equipo, y tomar en cuenta todas las prdidas antes mencionadas. Conclusiones:Independientemente de que en nuestra operacin se cometen equivocaciones, y comparando los datos entre nuestros dos equipos (camisa y serpentn), observamos que nuestros resultados son cercanos o prximos a excepcin de la eficiencia y la desviacin porcentual. Comparando observamos que la eficiencia del serpentn es menor pero podra ser que tena problemas (flotador) esto pudiera impedir obtener una mayor eficiencia ya que a menor presin hay un gasto masa mayor, una eficiencia menor, y una desviacin porcentual muy alta, tambin se podra experimentar elevar la presin como en la camisa para ver si se obtienen otros resultados.

En la camisa obtenemos una mayor eficiencia, menor desviacin porcentual, un menor gasto masa, solo que a mayor presin y al no tener parmetros para comparar resultados y basndonos en la eficiencia se podra decir que en la camisa se obtienen mejores resultados al contrario del serpentn. Bibliografa:Procesos de Transferencia de Calor

Donald Q. Kern

Ed. Continental

Trigesima sexta reimpresion

Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica

Warren L. Mc.Cabe

Julian C. Smith

Peter Harriot

Ed. Mc. Graw Hill

Septima edicion

Tablas Termodinmicas

Academia de Fisicoqumica

1998