Practica 2 condensador vertical PDF

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PROFESORA: PAMELA GUERRA BLANCOALUMNO: PRADO PAREDES MISAELGRUPO: 2IVEQUIPO NÚMERO 2HORARIO: VIERNES DE 18:00 HORAS A20:00 HORASFECHA DE ENTREGA: VIERNES 4 DEOCTUBRE DEL 2019PRÁCTICANÚMERO 2CONDENSADORVERTICALÍNDICE DE CONTENIDOTEMA Página1.- INTRODUCCIÓN 2, 3, 42 Diagrama de bloques 52 Secuencia de...

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PRÁCTICA NÚMERO 2 CONDENSADOR VERTICAL PROFESORA: PAMELA GUERRA BLANCO

ALUMNO: PRADO PAREDES MISAEL

GRUPO: 2IV53 EQUIPO NÚMERO 2

HORARIO: VIERNES DE 18:00 HORAS A 20:00 HORAS

FECHA DE ENTREGA: VIERNES 4 DE OCTUBRE DEL 2019

ÍNDICE DE CONTENIDO

TEMA

Página

1.- INTRODUCCIÓN

2, 3, 4

2.1 Diagrama de bloques

5

2.2 Secuencia de cálculos

6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

2.3 Tabla de datos experimentales

13

2.4 Tabla de resultados

14

3.1 Análisis de resultados

15

INTRODUCCIÓN.

En el desarrollo de la práctica se vio en el equipo lo que es la condensación, la condensación es el cambio de estado de la fase vapor a la fase líquida. El vapor

5

que condensa puede ser un vapor puro, una mezcla de vapores no miscibles, o un vapor mezclado con un gas (el gas no condensará). Para que se produzca la condensación, es siempre necesaria la existencia de una superficie fría, existiendo dos tipos de condensación: 1.- Condensación en forma de gotas. 2.- Condensación en forma de películas En la condensación por goteo, el vapor condensa en forma de pequeñas gotas sobre la superficie fría. Estas gotas se van desprendiendo de la superficie y en su lugar van formándose nuevas gotas. En la condensación en forma a de película, en cambio, el vapor condesado forma una película que cubre la superficie fría. El vapor que condensa de nuevo lo hace sobre la película de condensado, no sobre la superficie. En teoría, la condensación en forma de gotas es preferible a la pelicular, puesto que al quedar descubierto una gran parte de la superficie fría, el vapor entra en contacto con ésta de forma directa. Es por ese motivo que los coeficientes de transmisión de calor n la condensación por goteo son entre cuatro y ocho veces mayores que los coeficientes de trasmisión en la condensación pelicular. Para que sea posible la condensación en forma de gotas, la superficie debe de estar pulida, desengrasada y libre de óxido y suciedad, siendo muy difícil en la práctica mantener las condiciones para que se produzca condensación por goteo. El mecanismo presente en la práctica es el de convección, ya que la transferencia de calor se debe al movimiento del fluido y no de un sólido, se puede explicar cómo la transferencia del calor de un fluido caliente a un frío mediante una superficie caliente que que le da calor al fluido y entonces se empieza a mezclar para que el fluido frío ahora tenga una temperatura más elevada. Además de que la convección también existe cuando en un proceso de transferencia de calor ocurre un cambio de fase en el fluido, y en donde se pueden observar éste tipo de convección es en la elevación de burbujas de vapor durante una ebullición o cuando las gotas empiezan a caer durante la condensación. Este tipo de mecanismo de transferencia de calor, se puede expresar mediante la ecuación de enfriamiento de Newton, en la que el calor por convección, que es un fluido o cambio de fase, es proporcional a la diferencia de temperaturas que existe entre ellos. Asimismo se observa el mecanismo de convección, éste mecanismo se describe como la transferencia de energía de las partículas más energéticas que tiene una sustancia hacia las que son menos energéticas siendo esto un resultado de la interacción de las partículas. A diferencia de la convección, este mecanismo puede tener lugar en los sólidos, en los líquidos y en los gases; en los gases y en los líquidos la conducción se debe a las colisiones de las moléculas y su movimiento 5

aleatorio. Dentro del mecanismo, la rapidez o la forma en que el calor se conduce a través del medio depende de la configuración geométrica del objeto y además del espesor, y el material del que está hecho y, por último, la diferencia de temperatura que existe dentro de él. Como, por ejemplo, podemos decir que cuando se envuelve un tanque de agua caliente con una fibra de vidrio, se va a reducir la pérdida de calor en ése tanque, siendo la fibra de vidrio un material aislante, entre más grueso sea el aislamiento, menor será la pérdida de calor También se puede decir que un tanque de agua caliente perderá calor más rápidamente cuando se baje la temperatura del cuarto en donde se aloja y entre más grande sea el tanque, mayor será el área superficial y también mayor será la pérdida de calor. Cabe mencionar que es importante saber y calcular el coeficiente total de trasferencia de calor, que depende de los coeficientes de transferencia de calor por convección de los fluidos frío y caliente (hl, ha) y está fuertemente influenciado por la forma de las corrugaciones de las placas, los parámetros de trabajo y las propiedades de los fluidos. Se pueden trabajar con un condensador horizontal y un vertical, existiendo diferencias entre ellos: - El valor del coeficiente de película de condensación para una cantidad dada de vapor en superficie establecida, es afectado significativamente por la posición del condensador. En un tubo vertical cerca del 60% del vapor se condensa en la mitad superior del tubo. - La razón de los coeficientes de condensación horizontal y vertical está teóricamente dada por (0.725/0.943) (L/D) - El coeficiente horizontal sería 3.07 veces más grande que el coeficiente vertical, siempre y cuando el flujo de la película de condensado esté en régimen laminar. - Se emplea un condensador vertical, pero es muy apropiado para el regreso de condensado por gravedad, puesto que debe elevarse considerablemente sobre la columna, la que en muchos casos es muy alta de por sí. - El más económico: El mantenimiento y el soporte estructural para el condensador vertical pueden ser costosos y considerablemente más difíciles. - El más eficiente: si se desea no solamente condensar el vapor sino al mismo tiempo subenfriar el condensado, el condensador vertical es admirablemente adecuado.

5

También es importante el calor cedido o absorbido, el efecto más inmediato de la transferencia de calor de un cuerpo a otro es el cambio de temperatura; se engría el que lo cede y se caliente el que recibe el calor. La cantidad de calor que un cuerpo cede o recibe depende de tres factores: 1.-La variación de la temperatura que se desea conseguir. 2.- La masa del cuerpo que se caliente o enfríe. 3.- La naturaleza del cuerpo. Y el factor de incrustación, en la práctica es muy frecuente que las superficies se encuentren contaminadas debido; a la posible suciedad de los propios fluidos, a posibles subproductos formados por envejecimiento o por reacciones químicas entre superficie y fluido, a la corrosión de la superficie o incluso a otros materiales arrastrados por los fluidos como consecuencia de la circulación de los mismos por otras partes de la máquina. En cualquier caso, lo que ocurre es que después de un cierto tiempo de circulación del fluido, acaba por depositarse sobre la superficie de los tubos una película de impurezas, que actúa como aislante térmico y disminuye la cantidad de calor intercambiado. Esto influye en gran manera en el cálculo del coeficiente global de transmisión de calor, debiendo introducirse en el cálculo una resistencia térmica de ensuciamiento, conocida como factor de ensuciamiento o factor de incrustación. Cabe mencionar que suele haber porcentajes de desviación negativos, lo cual se debe a que el equipo no es nuevo, si no que se ha ido usando con el paso del tiempo y esto genera que haya diferencias en los cálculos, pero o se debe confundir a un porcentaje de error o una mala operación del equipo por parte del operador.

DIAGRAMA DE BOQUES:

VERIFICAR EL SEPARA DEJAFINALIZAR, FLUIRQUE EL AGUA SE SISTEMA ESTE CERRADO. ABRIR TODAS LAS POR CIERRAN EL INTERCAMBIADOR LAS VÁLVULAS VÁLVULAS DESE LAENFRÍE LÍNEA HASTA DE LA LÍNEA QUE DE VAPORDE VAPOR Y PURGA

MODIFICA ABRIR LAS AS DE SE S E EL 5 DICIONES DE OPERACIÓN HASTA ALIMENTACIÓN DE AGUA AJUSTAR LA VÁLVULA FUNCIONAMIENTO DE LA ALCANZAR FRÍA AL TANQUE Y REDUCTORA A AL BOMBA Y SEREGIMEN CIERRAN PERMANENTE. ENFRIADOR. CONDICIONES VÁLVULAS

ABRIR TODAS LAS VÁLVULAS QUESE PERMITAN PASO ABRIR LA VÁLVUA DE DEL CORTA ELEL SUMINISTRO TANQUE DE FRÍA. VAPOR ALAGUA EQUIPO, ELELÉCTRICA EQUIPO DEOPERAR ENERGÍA ASEGÚRANDOSE DE LA HASTA OBTNER REGIMEN APERTURA TOTAL DE LA PERMANENTE VÁLVULA DE RECIRCULACIÓN

ABRIR LA VÁLVULA REDCUTORA DE PRESIÓN HASTA QUE SALGA VAPOR POR LÍNEA DE PURGA Y CERRAR ÉSA VÁLVULA

ENERGIZAR EL TABLERO DE CONTROL Y ACCIONAR LA BOMBA Y ABRIR VALVULA DE GLOBO PARA FIJAR EL GASTO DE OPERACIÓN

RECOLECTAR EL CONDENSADO DURANTE UN CIERTO INTERVALO DE TIEMPO Y TOMAR DATOS EXPERIMENTALES DE P, T GASTO Y CONDENSADO.

SECUENCIA DE CÁLCULOS PARA LA CORRIDA DE 100% EN ROTAMETRO 1.- Gasto volumétrico del agua Flujo volumétrico en la práctica: 18.2

L min

π m3 2 ∆ Zaf Gva= D af [ ¿] h 4 ∆ ta π 2 .157 m Gva= .56 .033 h 4 Gva=1.16

5

m3 h

2.- Gasto masa del agua Gma=Gva ρaf =

Gma=(1.16

kg h

m3 kg )(996.86 3 ) h m

Gma=1156.3576

kg h

3.- Gasto volumétrico del condensado frío

Gvcf =

Gvcf =

Gvcf =0.0144

3 ∆Z π (D cf 2 ) ∆ θ cf = mh 4 cf

0.0145 m m3 π( 0.3852 ) = 4 0.1166 h h

m3 h

4.- Gasto masa del vapor de agua

Gmvc =Gvcf ρ cf =

kg h

3

Gmvc =(0.0144

m kg )(996.86 3 ) h m

Gmvc =14.3547

kg h

6.- Calor ganado o absrobido por el agua. Qa 5

Qa=GmaCp (t 2−t 1 ) =

(

Qa= 1156.3576

Qa=6933.2889

kcal h

)

kg kcal .9993 ¿(32 °C−26 ° C) h kg ° C

kcal h

7.- Calor (cedido) por el vapor de agua (Qv) Qv =Gmvc γ v =

kcal h

Qv =(14.3547

Qv=7613.6338

kg kcal ¿ (530.39 ) h kg

kcal h

8,. Eficiencia térmica del equipo E=

Qa x 100 % Qv

kcal h E= kcal 7613.6338 h 6933.2889

E=91.0641%

5

9.- Coeficiente global de transferencia de calor experimental o sucio (Ud)

Ud=

kcal Qa = ATC ∆ T ML h m 2 °C

Media logarítmica de las diferencias de temperatura ∆ T ML =

∆ T 1− ∆ T 2 =° C ∆T 1 ln ∆T 2

En dónde: ∆ T 1=Tv −taf ∆ T 2=Tv −tac ∆ T 1=108° C−2 6 °C =82 °C ∆ T 2=108° C −32 °C=76 ° C

∆ T ML =

82° C−76 °C =78.9620 °C 82 °C ln 76 °C

Área de transferencia de calor. Atc =πdeLNt =m

2

Atc=π (0.015875 m)(1.5 m)( 5) Atc=0.374 m 2 Calculando el Ud

5

0.374 m 2 ¿ ¿ ¿❑ (78.9620 °C)¿ kcal 6933.2889 h Ud= ¿

Ud=232.9104

kcal 2 hm °C

10.- Coeficiente de película interior Para flujo turbulento con Re>10000:

Cpμ k ¿ ¿ k divρ hi=0.023 di μ

( )

0.8

¿

El término de la relación de viscosidades no es muy importante para líquidos de baja viscosidad tales como el agua, por lo tanto, la relación de viscosidades vale 1.

kcal kg ) )(1.296 mh kg ° C kcal 0.5917 hm° C ¿ ¿

(.9993

hi=0.023

(

kg m kcal ) (0.01338 m)(1261.8688 )(972.85 3 ) h hm° C m 0.01338 m kg 1.296 mh

(0.5917

5

)

0.8

¿

hi=1559.1284

kcal h m2 ° C

11.- Velocidad del flujo del agua

V=

Gva m Gva = = NtAf π 2 h 5( di ) 4

1.16 V=

m3 h

π 2 5( )(0.01338 m ) 4

V =1261.8688

m h

12.- Cálculo del coeficiente exterior de película

2

he=0.943[

3

ρ k γg ] μ ∆ Tf L

1/ 4

=

kcal h m2 ° C

kg h kcal m (¿¿ 2)(. 59173)(530 .39 )(127137600 2 ) kg h kg (1.5 m)(3.06 )(39 .5 °C ) mh ¿ ¿ ¿ he=0.943 ¿ 972.85

he=3456.3355

kcal h m2 ° C

5

13.- Calculo de la temperatura de película (Tf)

Tf =Tv −0.075 ∆Tf ∆ Tf =Tv −Tsup

Este cálculo es un aproximado de la temperatura de pared (Tsup) o temperatura de la superficie Tsup=

Tv + Tc + taf + tac 4

Tsup=

108° C+108 ° C+2 6 ° C+32 °C 4

Tsup=68. 5 °C

Tf =108 °C−0.075( 39.5 ° C) Tf =78 °C ∆ Tf =108 ° C−49.5 °C ∆ Tf =39. 5 °C

14.- Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor o limpio (Uc)

Uc=

1 kcal = 2 ede ∗1 h m ° C de Kdm + hidi he

5

Uc=

1 (0.009185 m)(0.015875 m ) ∗1 kcal )(0.0146275 m) (94.5 0.015875 m hm° C + kcal kcal 3456.3355 (1559.1284 )(0.01338m ) 2 2 h m °C hm ° C

Uc=1005.8439

kcal 2 h m °C

15.- Diferencia porcentual de los coeficientes Uc y Ud %D=

Uc −Ud x 100 Uc

kcal kcal −232.9104 2 h m2 °C hm °C x 100 kcal 1005.8439 h m2 ° C

1005.8439 %D=

%D=76.8442%

16.- Factor de incrustación

Rd=

Uc −Ud x 100 UcxUd

kcal −232.9104 h m2 °C Rd= kcal x 232.9104 1005.8439 2 hm °C 1005.8439

kcal 2 h m °C x 100 kcal 2 hm °C

5

Rd=.0032

TABLA DE DATOS EXPERIMETALES:

Tabla 2.3 CORRID A 1 2 3 4

LECTURA DE RÓTAMETRO

PRESIÓN MAN.

100 100 80 80

.7 .7 .7 .7

T vapo 108 109 109 109

5

T cc 108 108 109 109

T cf 26 26 26 26

t af 26 26 26 26

t ac ∆Za 32 32 33 33

13.8 17.6 10.5 13.7

∆t a 2 2 2 2

∆Zc

∆tc

1.5 1.4 1.5 1.5

7 7 7 7

TABLA DE RESULTADOS

Tabla 2.4 Corrida 1

Gma (kg/h) 1156.3576

2

891.1928

Ud

232.9104 208.1359

Gmv (kg/h)

Qa (kcal/h) 6933.288 9 6233.983 0

14.3547 14.8532

hi

he kcal h m2 °C

1559.1284 1260.3967

3456.3355 3412.8834

Qv (Kcal/h)

E

∆TML (°C)

7613.6338

91.064

78.9620

7877.9961

79.131

79.4486

Uc

1005.8439 860.7233

5

Rd

.0032 .0036

%D

76.8442 75.8184

ANÁLISIS DE RESULTADOS Al observar los resultados obtenidos, la eficiencia se acerca al 100%, dando como resultado un 91% esto se puede interpretar a que hubo una buena operación del equipo, asimismo, no haber llegado al 100% se puede deber al estado de desgaste del equipo o a las incrustaciones en el agua. Asimismo, los valores del coeficiente global de transferencia de calor, no son tan diferentes para la lectura del rotámetro a 110% y a 80%, ya que la velocidad, calculada con el gasto volumétrico, aumenta a mayor gasto, por lo que la transferencia de calor en el equipo, también aumenta, pero no tan significativamente como se puede observar en los resultados. Observando los coeficientes de película, son mayores para la lectura de 100%, ocurriendo que las películas en este punto son más delgadas dentro del equipo, observando una diferencia mayor en el coeficiente interno a diferencia del externo en donde no se diferencia tanto los valores.

5...