INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CAMISA E INTERCAMBIADOR DE CALOR DE SERPENTN

Alumnos: Cervantes lvarez ArturoCovarrubias Mrquez Alfredo GeraldyJurez Casildo ValeriaMartnez Mariel Luis AlbertoPorrn Villasana Enrique

GRUPO: 3IM33 EQUIPO: 6

Mxico Distrito federal a 22 de enero de 2015

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CAMISA E INTERCAMBIADOR DE CALOR DE SERPENTNOBJETIVOS Determinar la eficiencia trmica de los equipos. Determinar el comportamiento del equipo tomando en cuenta las condiciones de operacin. Analizar qu intercambiador de calor es ms eficiente, trabajando en las mismas condiciones de operacin. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor experimental y terico.INTRODUCCIN TERICALos intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de energa calorfica entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre s. En la prctica, estos aparatos son de uso comn en una amplia variedad de aplicaciones desde los sistemas domsticos de calefaccin hasta los procesos qumicos y la produccin de energa en las plantas.En un intercambiador, la transferencia de calor suele comprender conveccin en cada fluido a travs de la pared que los separa. En los anlisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con un Coeficiente global de transferencia de calor U que toma en cuenta la contribucin de todos estos efectos sobre dicha transferencia. La velocidad de la transferencia de calor entre los dos fluidos en un lugar dado a un intercambiador depende de la magnitud de la diferencia de temperatura, la cual vara a lo largo de dicho intercambiador. Por otro lado, dentro de ste anlisis es conveniente trabajar con la Diferencia media logartmica, la cual es una diferencia equivalente entre los fluidos por todo el intercambiador.Intercambiador de Calor de CamisaSe denomina chaqueta al encamisado o cubierta extra de un recipiente; en un espacio anular generalmente concntrico entre la pared exterior del recipiente y el interior de la camisa. Esta clase de arreglo asegura la transferencia de calo mxima del recipiente; los materiales de uso ms comn son el acero al carbn, acero inoxidable y nquel. Estos equipos son un tanto econmicos; sin embargo e asegura que son bastante menos eficientes que los serpentines, adems de que tienen un alto costo inicial, a medida de que pasa el tiempo, resulta bastante complicado ingresar al interior de la camisa para que esta sea limpiada. Aunado a ello este tipo de intercambiador no se ocupa en grandes volmenes.

Intercambiador de calor SerpentnConsiste en un serpentn colocado en un recipiente por el que circula agua de enfriamiento. El serpentn sumergido es una buena solucin rpida y econmica a necesidades no previstas de intercambio, aunque tambin existen muchos sistemas que lo utilizan de forma permanente. Sus principales aplicaciones se hacen en el enfriamiento de gases a alta presin y cuando se tiene inters en detectar fugas en forma sencillaEl efecto de ensuciamiento puede ser grave, por lo que la resistencia controlante estar del lado externo, en este caso se deber asumir un valor de resistencia de ensuciamiento no menor de 0.01 con lo cual el coeficiente global U ser menor de 100.A menudo se puede mejorar mucho el coeficiente aplicando agitacin, en este caso se deber hacer uso de correlaciones especiales.

DESARROLLO EXPERIMENTAL Verificar que todas las vlvulas estn cerradas. Abrir la vlvula de alimentacin de agua. Abrir las vlvulas de alimentacin a los tanques de camisa y serpentn. Energizar el tablero de control. Accionar la bomba del intercambiador. Regular el flujo de salida de agua de los intercambiadores de calor. Abrir las vlvulas del intercambiador a los enfriadores. Abrir la lnea de vapor de manera inversa de la descarga a la alimentacin. Alimentar vapor a los intercambiadores, abriendo purga. Fijar la presin a +/- 0.5 kgf/cm2 Observar el mecanismo de conveccin natural en cada equipo. Tomar las lecturas de temperatura cuando se llegue a un rgimen permanente. Cerrar la alimentacin de vapor y toda la lnea de vapor. Dejar enfriar los equipos.CLCULOS DE LA PRCTICA Tabla de datos experimentales (serpentn)Lectura del termopares

Termopar 1Entrada de vaporTermopar 2Salida de VaporTermopar 3Entrada de aguaTermopar 4Salida de aguaTermopar 5

10544293319

10445303419

10445303419

10445293419

Secuencia de Clculos1) Calculo de gasto masa de agua

2) Calculo del gasto masa del condensado

3) Calculo del gasto masa del condensado

4) Calculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa)

5) Calculo del calor concedido

6) Calculo de la eficiencia trmica del equipo

7) Calculo de la diferencia de temperatura

8) Calculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental

Coeficientes de Pelcula interior y exterior

9) Temperatura de superficie (

10) Calculo de los coeficientes de Pelcula Interior

En donde: , , , , Sustituyendo valores:

13973.3

11) Calculo de la temperatura de superficie( )

12) Calculo del coeficiente de Pelcula Exterior

En donde:

Sustituyendo valores:

13) Calculo de la temperatura de pared (tp)

14) Calculo del coeficiente global de transferencia de calor terico

15) Calculo de la desviacin porcentual (%D) de los coeficientes experimentales

Tabla de datos experimentales (Camisa)Lectura del termopares

Termopar 1Entrada de vaporTermopar 2Salida de VaporTermopar 3Entrada de aguaTermopar 4Salida de aguaTermopar 5

10367205225

10276205221

10272205219

10269205219

10267205219

Secuencia de Clculos1) Calculo de gasto masa de agua

2) Calculo del gasto masa del condensado

3) Calculo del gasto masa del condensado

Nota: Se tomara el para corregir un error debido a que una vlvula de condensado estaba abierta cuando no debera haber estado abierta4) Calculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa)

5) Calculo del calor concedido

6) Calculo de la eficiencia trmica del equipo

7) Calculo de la diferencia de temperatura

8) Calculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental

Coeficientes de Pelcula interior y exterior

9) Temperatura de superficie (

10) Calculo de los coeficientes de Pelcula Interior

En donde

11) Calculo de la temperatura de superficie( )

12) Calculo del coeficiente de Pelcula Exterior

En donde:

13) Calculo del coeficiente global de transferencia de calor teorico

14) Calculo de la desviacin porcentual (%D) de los coeficientes experimentales

ANALISIS DE RESULTADOS Lo ms importante son los coeficientes de pelcula obtenidos que nos indican cuanta resistencia producen dichas pelculas y observando los resultados tenemos que los coeficientes del equipo son mayores lo que hace que tengan una menor resistencia al flujo de calor debido a que se forma una mayor rea de transferencia de calor lo que hace que el equipo de serpentn sea el mejor a la hora de transferencia de calor aunque el rendimiento obtenido no fue el esperado pero esto puede ser debido a las condiciones a las que se trabaj el equipo como las incrustaciones o que no estn totalmente aislados.Los rendimientos fueron bajos y esto puede deberse a las condiciones del equipo o que la medicin del condensado no se realiz correctamente, pero para el caso de camisa, hay que tomar en cuenta la vlvula que estuvo abierta durante la recoleccin de condensado que no deba haber estado abierta durante la recoleccin.La prctica podra mejorarse si tambin tomramos el tiempo para ver cul de los dos equipos es mucho ms rpido para llegar al equilibrio, haciendo notar an ms el porqu de los coeficientes de transferencia de calor son tan diferentes.

OBSERVACIONES SOBRE EL DESARROLLO EXPERIMENTALLo ms importante que se tena que hacer en ambos intercambiadores de calor, era ponerlos a rgimen constante, ya que haba que estar abriendo y cerrando diferentes vlvulas, para de esta manera poder tomar las mediciones de la temperatura de una forma adecuada. En el equipo de serpentn no hubo mayor problema para llevar al rgimen permanente, la nica observacin que se hizo fue: que las incrustaciones en el serpentn eran demasiadas, haba una capa muy gruesa de sales.En el equipo de camisa fue un poco ms complicada la experimentacin, ya que desde un principio en intercambiador de serpentn sala un flujo constante de condensado, por lo que nos podamos dar cuenta de que todo iba bien pero en el de camisa se tena que dejar transcurrir un cierto tiempo para que el condensado se acumular y en cuanto empezara a salir, midiramos el gasto volumtrico. Adems una de las vlvulas en este equipo estaba abierta y no debi haber sido as, ya que por ah se escapaba el vapor y se obtena un clculo errneo de gasto de condensado.Cervantes lvarez ArturoEs importante mencionar que el equipo de intercambiadores de camisa y serpentn ha sido uno de los ms difciles de operar, no tanto porque se tengan que hacer cosas complejas, sino porque siempre hay que estar al tanto de cada equipo o tanque, por ejemplo a la hora de tratar de llegar a rgimen permanente haba que cuidar mucho la altura del volumen en los tanques, ya que cualquier descuido podra provocar proyecciones del agua, e incluso ocasionar accidentes. Afortunadamente se pudieron estabilizar os dos equipos y llegar al rgimen permanente, de donde se tomaron los datos experimentales. Como ya he mencionado, es muy importante estar al tanto de todo lo que se esta realizando debido a que si estas al tanto, sabes que tienes que hacer y que medidas vas a tomar para llegar a un resultado, en nuestro caso tuvimos un serio descuido a la hora de dejar abierta la una vlvula que permite la salida del condensado (pero que no pasa por la trampa de vapor), por lo cual este hecho afecto de forma significativa nuestros clculos para el equipo de camisa.Covarrubias Mrquez Alfredo Geraldy

A medida en que se llevaban a cabo las actividades correspondientes al desarrollo experimental, se presentaron diferentes situaciones que vale la pena mencionar y que definitivamente de alguna u otra forma afectan en nuestra experimentacin; en primera instancia tenemos el hecho de que cada uno de los equipos, en especial serpentn presentaban grandes cantidades de incrustacin, lo cual se vuelve una resistencia que impide una transferencia de calor eficiente. Aunado a ello, se cometi el error de abrir la vlvula de la trampa de vapor cuando se experimentaba con camisa, provocando que el vapor se quedara atrapado ah y se condensara junto con el que sala del condensador y debido a ello se tom errneamente el valor del gasto volumtrico del condensado. Por otro lado fue posible percatarse de que el equipo de serpentn lleg de forma ms rpida a rgimen permanente en comparacin con el de camisa pues fueron necesarias varas lecturas hasta que dejara de cambiar, definitivamente en ese experimento, controlar el flujo fue algo complicado. Finalmente, al momento de abrir la purga de la camisa me di cuenta de que la camisa no tiene 100% de vapor sino que tambin llega a tener agua.Jurez Casildo Valeria

Controlar el flujo de agua para mantenerlo a rgimen permanente era un poco difcil de controlar y haba que estar cuidando que tanto el tanque de serpentn o de camisa no se vaciaran o que el tanque de reflujo se quedara sin agua o se desbordara.Las incrustaciones eran visibles en los equipos tanto de serpentn como de camisa.Cuando se experiment con la parte de camisa una de las vlvulas por donde viajaba el condensado est abierta cuando no debera haberlo estado, lo que puede haber producido un error a la hora de la medicin de condensado en el equipo de camisa.Martnez Mariel Luis Alberto

Los intercambiadores de camisa y serpentn que se encuentran en el laboratorio son equipos que funcionan de manera correcta, aunque como se puede observar, a los dos les falta mantenimiento para que puedan ser an ms eficientes, ya que la suciedad y las incrustaciones que puedan tener en las paredes cada uno de estos equipos puede afectar de manera importante la transferencia de calor.En cuento a la operacin, fue satisfactorio lo que nos permiti obtener los resultados favorables para poder determinar eficiencias, aunque tambin se debe sealar que debemos de tener una estricta vigilancia para su operacin con la ayuda de un buen trabajo en equipo. Adems de esto, tambin se debe de tener en cuenta que debemos operar de acuerdo a las indicaciones tanto del manual como las del profesor, como por ejemplo: abrir las vlvulas correctas o necesarias, as como vigilar que entre y salga casi la misma cantidad de agua, que de no hacerlo, provocara derrames en los tanques. Probablemente lo que nos afecta en los resultados del intercambiador de camisa es la medida del gasto msico de condensado, debido a que cuando estbamos operando abrimos una vlvula incorrecta, lo que no permita la libre salida de condensado. En cuanto al serpentn, no hubo ningn problema con su operacin.Porrn Villasana EnriqueCONCLUSIONESPara el intercambiador de camisa, se puede concluir que el rendimiento fue alto debido a la correccin que se hiso al gasto del condensado, esto gracias a que una de las vlvulas de la salida del condensado tena que estar cerrada y no era as, por lo que el vapor no pasaba por la trampa de vapor y generaba un acumulado del condensado, es por eso que cuando el condensado sala de la tubera, lo haca de una manera muy espontnea y brusca.Ahora, haciendo el anlisis de los coeficientes de pelcula de ambos equipos, se puede notar que los del equipo de serpentn son mayores a los de camisa, esto no indica que: entre mayores sean los coeficientes calculados, menor va a ser oposicin que estos tengan al intercambio de calor. Por lo que se puede llegar a la conclusin de que el serpentn es un equipo ms eficiente. Esto resultara no ser coherente ya que la desviacin que resulta es muy elevada, pero esto debido a las incrustaciones tanto del serpentn como del recipiente. De igual manera el rea que est en contacto con al agua, es mayor en la camisa que en el serpentnOtra conclusin pertinente es que: el coeficiente global de transferencia de calor de la camisa es mayor a la del serpentn, por lo que podemos concluir que tambin es un equipo muy eficiente y se podra utilizar a nivel industrial. Solo que es un poco ms caro que el de serpentn. Cervantes lvarez ArturoResulto ser muy interesante el conocer nuevos equipos de trasferencia de calor (en este caso intercambiador de camisa e intercambiador de serpentn), puesto que adems de utilizarlos con su finalidad bsica que es calentar o enfriar un fluido, tambin podemos aprender su modo de operacin y las variables que rigen su comportamiento las cuales son tambin muy comunes en los dems equipos de transferencia de calor, lo interesante aqu es aprender que comportamiento tienen dichas variables en este tipo de equipos.Basndonos en los coeficientes de pelcula de ambos equipos podemos deducir varias cosas. Los coeficientes de pelcula influyen fuertemente en la transferencia de calor, debido que al ser ms grande el coeficiente, mayor transferencia de calor habr en dicho equipo. Sabiendo lo anterior y comparndolo con los resultados podemos ver que el equipo del intercambiador de serpentn tiene un coeficiente de pelcula muy superior al de camisa, por lo cual podemos decir que las condiciones ms optimas de transferencia de calor las podemos obtener del intercambiador serpentn.Como tambin podemos ver en nuestros resultados, las desviaciones son quienes nos indican que muy probablemente hubo problemas en la experimentacin, lo cual provoco un gran problema de eficiencia en los intercambiadores Covarrubias Mrquez Alfredo GeraldyRealizando un anlisis de todas las actividades y conceptos involucrados en esta prctica, me es posible concluir que debido a los resultados obtenidos, el equipo con mayor eficiencia en la transferencia de calor es el de camisa debido a que posee mayor rea de transferencia en comparacin con el equipo serpentn. Por otro lado hablando de coeficientes globales experimentales tenemos que el mayor valor de U lo obtuvo nuevamente el equipo de camisa, esto quiere decir que ofrece menor resistencia al flujo de calor, pues serpentn, debido a las incrustaciones presentaba una resistencia realmente grande. Desgraciadamente, los resultados no fueron los que esperbamos obtener ya que los porcentajes de desviacin resultaron un poco altos. En fin, bajo las condiciones en que se operaron los equipos, tenemos que el equipo ms eficiente es el de camisa, sin embargo en la bibliografa se afirma que en la industria el sistema de mayor uso y eficiencia es Serpentn, lo que me lleva a pensar lo siguiente:Cada uno de los intercambiadores de calor tienen propiedades y caractersticas que los hacen muy tiles dentro de la industria dependiendo del uso que se le planee dar, pues cada uno de ellos puede resultar muy eficiente en diferentes situaciones, ya sea por los costos o por la seguridad que ofrece el equipo. Por ltimo me gustara resaltar la gran importancia que tiene el estudio de esta clase de equipos en nuestra preparacin acadmica ya que el conocer sus propiedades, los casos en que uno resulta ms eficiente que el otro y su funcionamiento termodinmico es necesario para cumplir con un concento crucial en la industria: LA OPTIMIZACIN.Jurez Casildo ValeriaAnalizando los resultados del equipo de camisa obtuvimos en rendimiento alto pero esto fue debido al cambio de gasto masa que se le dio como correccin debido a la falla de la vlvula abierta lo que pudo haber producido una mala lectura de la cantidad de condensado que viajaba a travs de la tubera ya que pudo haberse acumulado, lo que haca que por momentos tardara en salir el condensado y en otros momentos saliera muy rpido produciendo este error.Los valores de los coeficientes de pelcula nos indican la resistencia a la transferencia de calor por lo que mientras ms altos sean ser menor la oposicin a la transferencia por lo que el equipo de serpentn tiene menor resistencia lo que lo hace el mejor equipo de transferencia de calor y esto tambin es debido en parte a que el equipo de serpentn tiene un mayor rea de transferencia lo que hace que el fluido interacte con ms rea lo que ayuda a la transferencia de calor.Los valores obtenidos de los coeficientes de pelculas interior y exterior estn en el rango aceptable y bueno lo que ocasiona que estos valores no sean muy buenos son por la condiciones a las que trabaja nuestro equipo ya que no todo est aislado o totalmente aislado como donde est la camisa y el serpentn que no estn tapados lo que produce que haya perdidas de calor en esas partes y de igual manera por las tuberas donde fluye el agua, adems otros factores como el desgaste del equipo ya que no es nuevo o las incrustaciones que esta tiene pueden afectar mucho estos valores.Martnez Mariel Luis Alberto

A partir de los valores obtenidos de los coeficientes de transferencia global podemos decir, que los equipos no trabajaron adecuadamente ya que presentaban resistencias gracias a diversos factores como: incrustaciones de sales, as como la perdida de calor por conveccin debido a que el equipo no est completamente aislado, esto posiblemente a causa del desgaste producido de operaciones pasadas.Podemos concluir que el intercambiador de camisa es ms eficiente que el de serpentn ya que se aprovecha de mejor manera la energa suministrada al sistema debido a que el rea de transferencia de calor es mayor, por otro lado la eficiencia esperada en estos no fue la que queramos ya que se debe a la mala calidad de limpieza de los equipos.Aun con los errores que tienen los sistemas, esta prctica nos sirvi para saber qu tipo de intercambiador es ms eficiente y saber cmo manejarlos y en que situaciones son requeridos. Analizando los resultados presentados para ambos intercambiadores, se comprueba que fueron los esperados de acuerdo a lo reportado por fuentes de informacin confiable, donde a grandes rasgos, se sabe que el intercambiador de calor de camisa, ofrece mayor eficiencia en comparacin con el intercambiador de calor serpentn, debido a que como se dijo antes, el rea de transferencia es mayor. Tambin se puede observar que los coeficientes globales de transferencia de calor favorecen al intercambiador de camisa, lo cual nos indica que es un buen equipo a nivel industrial, y aunque el intercambiador de serpentn tambin es muy buena opcin, cada uno de estos equipos tiene ventajas unos sobre otro que pueden ser aprovechadas para diferentes situaciones.Porrn Villasana Enrique

BIBLIOGRAFAwww.radiadoresgallardo.cl/topintercambiaodres.pdfCengel A. Transferencia de Calor.McGrawHill.. Segunda edicin,Mxico DF 2005.