UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE OPERACIONES UNITARIAS LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA 1
DISEÑO EXPERIMENTAL GUÍA
REVISIÓN 2011
DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS 1. DISEÑO EXPERIMENTAL Partes que conformarán el diseño experimental de los reportes técnicos del laboratorio de Ingeniería química 1: 1. Descripción del problema 2. Definición de objetivos 3. Preguntas referentes a la investigación 4. Justificación 5. Descripción de variables involucradas 6. Selección de variables de respuesta o salida 7. Elección del diseño experimental 8. Número de corridas 9. Planteamiento de hipótesis 10. Hipótesis científica 11. Hipótesis estadística
DISEÑO EXPERIMENTAL A continuación se realiza un ejemplo de un diseño experimental 1. Descripción del problema 1.1 Definición de los objetivos 1. Comparar las eficiencias globales entre los sistemas de transferencia de calor de cobre y acero inoxidable. A. Para ello, se calcula cada una de las eficiencias de los intercambiadores de calor de concha y tubos que componen cada sistema específico, además de establecer la respectiva relación entre los números de Prandtl y de Reynolds para cada intercambiador de calor. B. Conforme la definición y determinación de la transferencia de calor con respecto de la variación del flujo másico de tubos en ambos sistemas, del número de deflectores y de los fluidos analizados se diferenció y se resaltó los distintos comportamientos con respecto del metal de fabricación del sistema. 1
DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS 1.2.
Preguntas referentes a la investigación
A. ¿Cuáles son los dos tipos de disposiciones de los flujos en los intercambiadores de calor? 1. Flujo en paralelo: Los dos fluidos, frío y caliente, se mueven en la misma dirección. 2. Flujo en contracorriente: Los dos fluidos, frío y caliente, se mueven en direcciones opuestas. B. ¿Cuál es la superficie que sirve como referencia para el cálculo del calor intercambiado entre los dos fluidos en un intercambiador de calor de tubos concéntricos? R // La superficie exterior del tubo interior. C. ¿Cuáles son los posibles arreglos de intercambiadores de calor de coraza y tubos? a) b) c) d)
los
tubos
en
los
Arreglo en cuadro Arreglo triangular Arreglo en cuadro rotado Arreglo triangular con espacios para limpieza
D. ¿Qué disposición de flujos permite el mayor intercambio de calor? R// Los flujos en contracorriente permiten un mayor intercambio de calor ya que permite que la temperatura de salida del fluido frío alcance la temperatura de entrada del fluido caliente, mientras que en paralelo la temperatura máxima es menor que la temperatura de entrada de fluido caliente. 2
DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS E. ¿Qué consideraciones se deben realizar para emplear una diferencia de temperaturas en el equipo de intercambiador de calor? a) Las pérdidas de calor son despreciables. b) No hay cambios parciales de fase en el sistema c) El coeficiente total de transferencia de calor U es constante en toda la trayectoria. d) El caudal del agua o aceite fluyen constantemente, obedeciendo los requerimientos de estado estable. e) El calor específico es constante en toda la trayectoria. f) El fluido dentro del tubo se calienta por vapor, habrá dos diferencias de temperatura distintas en los finales: una entre la pared del tubo y el líquido y otra en el otro extremo entre la pared del tubo y el líquido calentado. Para el cálculo de la eficiencia global de los sistemas de intercambio de calor fue necesario conocer la manera en que los intercambiadores de calor individuales están conectados entre sí. F. ¿Cómo se conectan en el intercambiador de calor de tubos concéntricos y el intercambiador de calor de coraza y tubos? a) Intercambiador de calor Tubos Concéntricos: En serie b) Intercambiador de calor Tubos y Coraza: En paralelo G. ¿Cuál es el número adimensional que representa el mejoramiento de la transferencia de calor por convección en relación con la conducción y que relaciona los números de Reynolds y Prandtl? R// El número de Nusselt
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS 1.2 Justificación Se realizará una comparación de la eficiencia global de transferencia de calor entre un sistema de intercambiadores de calor de tubos concéntricos y uno de intercambiadores de calor de coraza y tubos. Se llevaran a cabo las mediciones de temperatura en la entrada y en la salida de cada flujo, tanto en el fluido patrón como en el fluido comparsa, de cada intercambiador de calor. Los cambios de temperatura permitirán establecer junto con la información teórica de los fluidos y del material del intercambiador el flujo de calor real y teórico que se transfiere, con los cuales se determinará la eficiencia global de cada sistema. La variación de los flujos másicos permitirán establecer los números de Reynolds y de Prandtl con lo cual se podrá determinar la relación existente entre ambos. 2. Descripción de variables involucradas 2.1. Modelo experimental de los Intercambiadores de Calor. Tabla No. 1 Variables del sistema experimental de los Intercambiadores de Calor No.
Variable
1
Altura del rotámetro
2
Flujo Másico Presión de vapor del fluido caliente Tentrada fluido caliente Tsalida fluido caliente Tentrada fluido frío Tsalida fluido frió
3 4 5 6 7
Factor Potencial del Diseño Dimensional Constantes Variables Análisis del equipo Unidades X rotamétricas Kg/s X
Factores Perturbadores Controlables Ruido
X
psi
X
X
ºC ºC °C ºC
X X X X
X X X X
Ambiente externo 8 9 10
Temperatura Ambiente Presión atmosférica Humedad
°C Psi %
X X X
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable y Tubos Concéntricos, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC
4
DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS 2.2.
Listas de variables a manipular Tabla No. 2 Variables del sistema
No
Variable
Dimensional
1
Altura del rotámetro
Unidades rotamétricas
2
Flujo Másico
Kg/s
Rango de variación IDC acero 0-250 IDC tubos 0-30 0-10
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable y Tubos Concéntricos, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC
3. Selección de variables de respuesta o salida Las variables de interés en la medición y la instrumentación necesarias son: a) Temperaturas de entrada y salida del fluido caliente b) Temperaturas de entrada y salida del fluido frío c) Presión de vapor del fluido caliente d) Flujo másico 4. Elección del diseño experimental Se aplicó el procedimiento estándar para las mediciones por corridas aleatorias, ya que no se están aplicando procedimientos especiales en los intercambiadores.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS 4.1.
Diseño de tratamientos
El análisis se maneja en dos secciones específicas cada una de las cuales referidas al intercambiador de concha y tubos de de acero inoxidable, y de tubos concéntricos. Los datos de interés en ambas secciones, se obtienen a partir de las diferentes variaciones de flujo, y la influencia de dicha variación en el cambio de temperaturas de salida de los flujos utilizados de ambos intercambiadores. Utilizando el rotámetro para definir diferentes intervalos de flujo. Los valores de rotámetro serán empleados en todo cálculo y no se alteraran. 4.2.
Diseño de control de error
Los datos generados a partir de los instrumentos de medición de la práctica, es decir, termómetros, manómetros y el establecimiento de flujos másicos, serán tratados mediante corridas experimentales con un intervalo de confiabilidad para el tratamiento de errores por desviación; se tomará como medida el promedio de todas las lecturas realizadas, esto con el objeto de mejorar la precisión de los datos medidos y poder realizar un análisis estadístico eficaz. Asimismo, para errores por incertidumbre se utiliza instrumentación con bajas incertezas.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS 4.3.
Tablas de tratamiento del diseño experimental
Tabla No. 3 Flujo másico del aceite del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Acero Inoxidable Lectura del Rotámetro Aceite Flujo Másico del Aceite (Kg/s) Corrida 1
hrot, 1
w1
2
hrot, 2
w2
3
hrot, 3
w3
4
hrot, 4
w4
5
hrot, 5
w5
Fuente:Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable,Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
Tabla No. 4 Flujo volumétrico y másico del agua del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Acero Inoxidable Volumen Tiempo Flujo Volumétrico Flujo Másico de Corrida (m3) (s) de Agua (m3/s) Agua (Kg/s) 1 m 1 V1 t1 Q1 2
V2
t2
Q2
2 m
3
V3
t3
Q3
3 m
4
V4
t4
Q4
4 m
5
V5
t5
Q5
5 m
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS
Tabla No. 5 Flujo másico del agua condensada del vapor de agua del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Acero Inoxidable Flujo Másico del Agua Masa del condensado Tiempo Corrida (Kg) (s) Condensada (Kg/s) 1
m1
t1
M1
2
m2
t2
M2
3
m3
t3
M3
4
m4
t4
M4
5
m5
t5
M5
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Tabla No. 6 Datos de la etapa de calentamiento del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Acero Inoxidable Masa de Aceite Vapor Lectura del Agua Corrida Rotámetro Condensada To (°C) Tf (°C) T o (°C) T f (°C) Aceite (m3) 1.1 hrot, 1,1 m1,1 ToW1,1 TfW1,1 ToV1,1 TfV1,1 1.2 hrot, 1,2 m1,2 ToW1,2 TfW1,2 ToV1,2 TfV1,2 1 1.3 hrot, 1,3 m1,3 ToW1,3 TfW1,3 ToV1,3 TfV1,3 1.4 hrot, 1,4 m1,4 ToW1,4 TfW1,4 ToV1,4 TfV1,4 1.5 hrot, 1,5 m1,5 ToW1,5 TfW1,5 ToV1,5 TfV1,5 2.1 hrot, 2,1 m2,1 ToW2,1 TfW2,1 ToV2,1 TfV2,1 2.2 hrot, 2,2 m2,2 ToW2,2 TfW2,2 ToV2,2 TfV2,2 2 2.3 hrot, 2,3 m2,3 ToW2,3 TfW2,3 ToV2,3 TfV2,3 2.4 hrot, 2,4 m2,4 ToW2,4 TfW2,4 ToV2,4 TfV2,4 2.5 hrot, 2,5 m2,5 ToW2,5 TfW2,5 ToV2,5 TfV2,5 3.1 hrot, 3,1 m3,1 ToW3,1 TfW3,1 ToV3,1 TfV3,1 3.2 hrot, 3,2 m3,2 ToW3,2 TfW3,2 ToV3,2 TfV3,2 3 3.3 hrot, 3,3 m3,3 ToW3,3 TfW3,3 ToV3,3 TfV3,3 3.4 hrot, 3,4 m3,4 ToW3,4 TfW3,4 ToV3,4 TfV3,4 3.5 hrot, 3,5 m3,5 ToW3,5 TfW3,5 ToV3,5 TfV3,5 4.1 hrot, 4,1 m4,1 ToW4,1 TfW4,1 ToV4,1 TfV4,1 4.2 hrot, 4,2 m4,2 ToW4,2 TfW4,2 ToV4,2 TfV4,2 4 4.3 hrot, 4,3 m4,3 ToW4,3 TfW4,3 ToV4,3 TfV4,3 4.4 hrot, 4,4 m4,4 ToW4,4 TfW4,4 ToV4,4 TfV4,4 4.5 hrot, 4,5 m4,5 ToW4,5 TfW4,5 ToV4,5 TfV4,5 5.1 hrot, 5,1 m5,1 ToW5,1 TfW5,1 ToV5,1 TfV5,1 5.2 hrot, 5,2 m5,2 ToW5,2 TfW5,2 ToV5,2 TfV5,2 5 5.3 hrot, 5,3 m5,3 ToW5,3 TfW5,3 ToV5,3 TfV5,3 5.4 hrot, 5,4 m5,4 ToW5,4 TfW5,4 ToV5,4 TfV5,4 5.5 hrot, 5,5 m5,5 ToW1,5 TfW5,5 ToV5,5 TfV5,5 Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Tabla No. 7 Datos de la etapa de enfriamiento del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Acero Inoxidable Lectura del Aceite Agua Volumen de Corrida Rotámetro Agua (m3) To (°C) Tf (°C) T o (°C) T f (°C) Aceite 1.1 hrot, 1,1 V1,1 ToA1,1 TfA1,1 ToA1,1 TfA1,1 1.2 hrot, 1,2 V1,2 ToA1,2 TfA1,2 ToA1,2 TfA1,2 1 1.3 hrot, 1,3 V1,3 ToA1,3 TfA1,3 ToA1,3 TfA1,3 1.4 hrot, 1,4 V1,4 ToA1,4 TfA1,4 ToA1,4 TfA1,4 1.5 hrot, 1,5 V1,5 ToA1,5 TfA1,5 ToA1,5 TfA1,5 2.1 hrot, 2,1 V2,1 ToA2,1 TfA2,1 ToA2,1 TfA2,1 2.2 hrot, 2,2 V2,2 ToA2,2 TfA2,2 ToA2,2 TfA2,2 2 2.3 hrot, 2,3 V2,3 ToA2,3 TfA2,3 ToA2,3 TfA2,3 2.4 hrot, 2,4 V2,4 ToA2,4 TfA2,4 ToA2,4 TfA2,4 2.5 hrot, 2,5 V2,5 ToA2,5 TfA2,5 ToA2,5 TfA2,5 3.1 hrot, 3,1 V3,1 ToA3,1 TfA3,1 ToA3,1 TfA3,1 3.2 hrot, 3,2 V3,2 ToA3,2 TfA3,2 ToA3,2 TfA3,2 3 3.3 hrot, 3,3 V3,3 ToA3,3 TfA3,3 ToA3,3 TfA3,3 3.4 hrot, 3,4 V3,4 ToA3,4 TfA3,4 ToA3,4 TfA3,4 3.5 hrot, 3,5 V3,5 ToA3,5 TfA3,5 ToA3,5 TfA3,5 4.1 hrot, 4,1 V4,1 ToA4,1 TfA4,1 ToA4,1 TfA4,1 4.2 hrot, 4,2 V4,2 ToA4,2 TfA4,2 ToA4,2 TfA4,2 4 4.3 hrot, 4,3 V4,3 ToA4,3 TfA4,3 ToA4,3 TfA4,3 4.4 hrot, 4,4 V4,4 ToA4,4 TfA4,4 ToA4,4 TfA4,4 4.5 hrot, 4,5 V4,5 ToA4,5 TfA4,5 ToA4,5 TfA4,5 5.1 hrot, 5,1 V5,1 ToA5,1 TfA5,1 ToA5,1 TfA5,1 5.2 hrot, 5,2 V5,2 ToA5,2 TfA5,2 ToA5,2 TfA5,2 5 5.3 hrot, 5,3 V5,3 ToA5,3 TfA5,3 ToA5,3 TfA5,3 5.4 hrot, 5,4 V5,4 ToA5,4 TfA5,4 ToA5,4 TfA5,4 5.5 hrot, 5,5 V5,5 ToA1,5 TfA5,5 ToA1,5 TfA5,5 Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Tabla No. 8 Incertezas de los instrumentos del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Acero Inoxidable Instrumento Incerteza ( ) Contador volumétrico de agua
ΔV
Cronómetro
Δt
Rotámetro
Δhrot
Termómetro
ΔT
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
Tabla No. 9 Flujo másico del aceite del Intercambiador de Calor de Concha y Tu bo de Cobre Lectura del Rotámetro Aceite Flujo Másico del Aceite (Kg/s) Corrida 1
hrot W, 1
w1
2
hrot W, 2
w2
3
hrot W, 3
w3
4
hrot W, 4
w4
5
hrot W, 5
w5
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de T ubos Concéntricos, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS
Tabla No. 10 Flujo másico del agua del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Cobre Lectura del Rotámetro Agua Flujo Másico del Agua (Kg/s) Corrida 1
hrot A, 1
m1
2
hrot A, 2
m2
3
hrot A, 3
m3
4
hrot A, 4
m4
5
hrot A, 5
m5
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
Tabla No. 11 Flujo másico del agua condensado del vapor de agua del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Cobre Flujo Másico del Agua Masa del condensado Tiempo Corrida (Kg) (s) Condensada (Kg/s) 1
m1
t1
M1
2
m2
t2
M2
3
m3
t3
M3
4
m4
t4
M4
5
m5
t5
M5
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Concha y Tubos de Acero Inoxidable, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Tabla No. 12 Datos de la etapa de calentamiento del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Cobre Aceite Vapor Lectura del Lectura del Corrida To Tf Po Pf Rotámetro Aceite Rotámetro Agua (°C) (°C) (psi) (psi) 1.1 hrot, 1,1 m1,1 ToW1,1 TfW1,1 PoV1,1 PfV1,1 1.2 hrot, 1,2 m1,2 ToW1,2 TfW1,2 PoV1,2 PfV1,2 1 1.3 hrot, 1,3 m1,3 ToW1,3 TfW1,3 PoV1,3 PfV1,3 1.4 hrot, 1,4 m1,4 ToW1,4 TfW1,4 PoV1,4 PfV1,4 1.5 hrot, 1,5 m1,5 ToW1,5 TfW1,5 PoV1,5 PfV1,5 2.1 hrot, 2,1 m2,1 ToW2,1 TfW2,1 PoV2,1 PfV2,1 2.2 hrot, 2,2 m2,2 ToW2,2 TfW2,2 PoV2,2 PfV2,2 2 2.3 hrot, 2,3 m2,3 ToW2,3 TfW2,3 PoV2,3 PfV2,3 2.4 hrot, 2,4 m2,4 ToW2,4 TfW2,4 PoV2,4 PfV2,4 2.5 hrot, 2,5 m2,5 ToW2,5 TfW2,5 PoV2,5 PfV2,5 3.1 hrot, 3,1 m3,1 ToW3,1 TfW3,1 PoV3,1 PfV3,1 3.2 hrot, 3,2 m3,2 ToW3,2 TfW3,2 PoV3,2 PfV3,2 3 3.3 hrot, 3,3 m3,3 ToW3,3 TfW3,3 PoV3,3 PfV3,3 3.4 hrot, 3,4 m3,4 ToW3,4 TfW3,4 PoV3,4 PfV3,4 3.5 hrot, 3,5 m3,5 ToW3,5 TfW3,5 PoV3,5 PfV3,5 4.1 hrot, 4,1 m4,1 ToW4,1 TfW4,1 PoV4,1 PfV4,1 4.2 hrot, 4,2 m4,2 ToW4,2 TfW4,2 PoV4,2 PfV4,2 4 4.3 hrot, 4,3 m4,3 ToW4,3 TfW4,3 PoV4,3 PfV4,3 4.4 hrot, 4,4 m4,4 ToW4,4 TfW4,4 PoV4,4 PfV4,4 4.5 hrot, 4,5 m4,5 ToW4,5 TfW4,5 PoV4,5 PfV4,5 5.1 hrot, 5,1 m5,1 ToW5,1 TfW5,1 PoV5,1 PfV5,1 5.2 hrot, 5,2 m5,2 ToW5,2 TfW5,2 PoV5,2 PfV5,2 5 5.3 hrot, 5,3 m5,3 ToW5,3 TfW5,3 PoV5,3 PfV5,3 5.4 hrot, 5,4 m5,4 ToW5,4 TfW5,4 PoV5,4 PfV5,4 5.5 hrot, 5,5 m5,5 ToW1,5 TfW5,5 PoV5,5 PfV5,5 Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Tubos Concéntricos, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Tabla No. 13 Temperaturas de la etapa de enfriamiento del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Cobre Lectura del Lectura del Aceite Agua Corrida Rotámetro Rotámetro To (°C) T f (°C) T o (°C) T f (°C) Aceite Agua 1.1 hrot, 1,1 m1,1 ToW1,1 TfW1,1 ToA1,1 TfA1,1 1.2 hrot, 1,2 m1,2 ToW1,2 TfW1,2 ToA1,2 TfA1,2 1.3 1 hrot, 1,3 m1,3 ToW1,3 TfW1,3 ToA1,3 TfA1,3 1.4 hrot, 1,4 m1,4 ToW1,4 TfW1,4 ToA1,4 TfA1,4 1.5 hrot, 1,5 m1,5 ToW1,5 TfW1,5 ToA1,5 TfA1,5 2.1 hrot, 2,1 m2,1 ToW2,1 TfW2,1 ToA2,1 TfA2,1 2.2 hrot, 2,2 m2,2 ToW2,2 TfW2,2 ToA2,2 TfA2,2 2.3 2 hrot, 2,3 m2,3 ToW2,3 TfW2,3 ToA2,3 TfA2,3 2.4 hrot, 2,4 m2,4 ToW2,4 TfW2,4 ToA2,4 TfA2,4 2.5 hrot, 2,5 m2,5 ToW2,5 TfW2,5 ToA2,5 TfA2,5 3.1 hrot, 3,1 m3,1 ToW3,1 TfW3,1 ToA3,1 TfA3,1 3.2 hrot, 3,2 m3,2 ToW3,2 TfW3,2 ToA3,2 TfA3,2 3.3 3 hrot, 3,3 m3,3 ToW3,3 TfW3,3 ToA3,3 TfA3,3 3.4 hrot, 3,4 m3,4 ToW3,4 TfW3,4 ToA3,4 TfA3,4 3.5 hrot, 3,5 m3,5 ToW3,5 TfW3,5 ToA3,5 TfA3,5 4.1 hrot, 4,1 m4,1 ToW4,1 TfW4,1 ToA4,1 TfA4,1 4.2 hrot, 4,2 m4,2 ToW4,2 TfW4,2 ToA4,2 TfA4,2 4.3 4 hrot, 4,3 m4,3 ToW4,3 TfW4,3 ToA4,3 TfA4,3 4.4 hrot, 4,4 m4,4 ToW4,4 TfW4,4 ToA4,4 TfA4,4 4.5 hrot, 4,5 m4,5 ToW4,5 TfW4,5 ToA4,5 TfA4,5 5.1 hrot, 5,1 m5,1 ToW5,1 TfW5,1 ToA5,1 TfA5,1 5.2 hrot, 5,2 m5,2 ToW5,2 TfW5,2 ToA5,2 TfA5,2 5.3 5 hrot, 5,3 m5,3 ToW5,3 TfW5,3 ToA5,3 TfA5,3 5.4 hrot, 5,4 m5,4 ToW5,4 TfW5,4 ToA5,4 TfA5,4 5.5 hrot, 5,5 m5,5 ToW1,5 TfW5,5 ToA1,5 TfA5,5 Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de Tubos Concéntricos, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Tabla No. 14 Incertezas de los instrumentos del Intercambiador de Calor de Concha y Tubo de Cobre Instrumento Incerteza ( ) Cronómetro
Δt
Manómetro
ΔP
Rotámetro
Δhrot
Termómetro
ΔT
Fuente: Unidad de Intercambiadores de Calor de T ubos Concéntricos, Laboratorio de Operaciones Unitarias, USAC.
4. Número de corridas a utilizar. Debido que los resultados deben ser precisos y satisfactorios, se trata de disminuir los posibles errores utilizando un número de corridas adecuadas a evaluar. Para llevar a cabo lo anterior se utiliza una confiabilidad de 1.96, una probabilidad de éxito del 95% por lo que la probabilidad de fracaso es 5%, y se estima un error estimado de 20%. 2
Z PQ
N
Donde: N Z α/2 P Q E
= = = = =
2
2
E
[Ecuación No.1; Ref. No. 4]
Número de corridas Confiabilidad Probabilidad de éxito Probabilidad de fracaso Error estimado
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DISEÑO EXPERIMENTAL LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS Sustituyendo datos en la ecuación No.4 con los datos anteriores se obtiene lo siguiente: 2
N
(1.96) * 0.95 * 0.05 0.20
2
N 4.59 5
Por lo tanto, la cantidad de corridas a realizar es 5. 5. Planteamiento de hipótesis Existe diferencia significativa entre la eficiencia global de los intercambiadores de calor de tubos concéntricos y de coraza y tubos de acero inoxidable siendo menor la del equipo de tubos concéntricos. 5.1. Hipótesis científica La eficiencia global del intercambiador de coraza y tubos de acero inoxidable es mayor a la de tubos concéntricos. 5.2. Hipótesis estadística A. Hipótesis Nula (Ho): Existe diferencia significativa entre la eficiencia global de los intercambiadores de calor de tubos concéntricos y de coraza y tubos de acero inoxidable siendo menor la del equipo de tubos concéntricos. B. Hipótesis Alternativa (Ha): No existe diferencia significativa entre la eficiencia global de los intercambiadores de calor de tubos concéntricos y de coraza y tubos de acero inoxidable, siendo estas de la misma magnitud.
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