UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Facultad de fisicoquímicas Escuela de ingeniería química
INFORME DE LABORATORIO Mini evaporador Curso: laboratorio de procesos I (COD: 27542) PROFESOR: HUMBERTO ESCALANTE.
PRESENTADO POR: LUISA FERNANDA ACEVEDO CÓRDOBA CÓRDOBA COD: 2151507 CRISTIAN JIMÉNEZ ORTIZ
COD: 2155547
ANGIE LIZETH PÉREZ RUEDA
COD: 2151497
NATALIA ALEJANDRA TAPIA PÉREZ
COD: 2151502
Bucaramanga, marzo 9 2018
INTRODUCCION El proceso de intercambio de calor entre dos fluidos que están a diferentes temperaturas y separados por una pared sólida, ocurre en muchas aplicaciones de ingeniería. El dispositivo que se utiliza para llevar a cabo este intercambio se denomina intercambiador de calor, y las aplicaciones específicas se pueden encontrar en calefacción de locales y acondicionamiento de aire, producción de potencia, recuperación de calor de desecho y algunos procesamientos químicos. 1 Los intercambiadores de calor son aparatos cuyo objetivo es llevar una corriente de fluido a una temperatura determinada, calentándola o refrigerándola mediante otra corriente de fluido calentador o refrigerante. Los fluidos circulan separados por una superficie, metálica o no, a través de la cual cu al intercambian el calor. 2 Los evaporadores son intercambiadores de calor que aseguran la transmisión del flujo calorífico del medio que se enfría hacia el fluido frigorígeno; es te flujo calorífico tiene por finalidad la evaporación del de l fluido frigorígeno líquido contenido en el interior 3 del evaporador. El modo más sencillo mediante el cual puede ocurrir la evaporación es empelando una única etapa, o evaporación de "efecto simple". Esta operación se lleva a cabo cuando la cantidad de disolución a tratar es relativamente pequeña o cuando el costo del vapor es bajo comparado con la inversión necesaria para un evaporador más complejo.4 En esta práctica se identificarán los principios termodinámicos y los fenómenos de transporte que ocurren en el proceso de evaporación simple mediante un montaje compuesto por un mini evaporador de película ascendente y una solución de agua y azúcar.
1
INCROPERA, Frank. DEWITT, David. Fundamentos de Transferencia de Calor. 4ed. México: Prentice Hall. 1999. p582. 2 COSTA, J. CERVERA, S. CUNILL, CUNILL, F. ESPLUGAS, S. MANS, C. MATA, F. Curso de ingeniería química: Introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte. 1ed. España: Editorial Reverté S.A. 2004. p57. 3 RAPIN, P.J. JACQUARD, P. Instalaciones frigoríficas. frigoríficas. Volumen 2. España: Marcombo Boixareu Editores. 1997. p211. 4 CRUZ, María. UF:1086 obtención de aceites de orujo de oliva.1ed. España: ic editorial.2014. p146
1
OBJETIVOS
Calcular perdidas de calor en el condensador y en el evaporador. Determinar el tiempo necesario para alcanzar una concentración másica de 60% a partir de una solución de agua y azúcar diluida al 16% en masa. Relacionar los caudales experimentales con los teóricos y lograr la calibración del rotámetro. Evaluar la eficiencia del sistema.
2
FUNDAMENTOS TEORICOS
Evaporación
El objetivo de la evaporación es concentrar una solución consistente en un soluto no volátil y un solvente volátil. En la mayor parte de las evaporaciones, el solvente es agua. La evaporación se realiza vaporizando una parte del solvente para producir una solución concentrada de licor espeso. El residuo es un líquido, el vapor es generalmente un solo componente y, aun cuando el vapor sea una mezcla, en la evaporación no se intenta separar el vapor en fracciones su interés reside en concentrar una solución. En la evaporación, por lo general, el producto valioso es el líquido concentrado (licor espeso) mientras que el vapor se condensa y se desec ha. Sin embargo, en un caso específico es probable que ocurra lo contrario. El agua mineral se evapora con frecuencia a fin de obtener un producto exento de sólidos para la alimentación de
calderas, para procesos con requerimientos especiales o para el consum o humano. Esta técnica se conoce con frecuencia con el nombre de destilación de agua, pero técnicamente es evaporación. Se han desarrollado procesos de evaporación a gran escala que se utilizan para la recuperación de agua potable a partir de agua de mar. En este caso, el agua condensada es el producto deseado. Sólo se recupera una fracción del agua total contenida en la alimentación, mientras que el resto se devuelve al mar.5 C aracterí s ticas del líquido
Algunas de las propiedades más importantes de los líquidos que se evaporan
Concentración: aunque la solución de alimentación que entra como licor a un evaporador puede estar suficientemente diluida teniendo muchas de las
propiedades físicas del agua, a medida que aumenta la concentración la solución adquiere cada vez un carácter más individualista. La densidad y la viscosidad aumentan con el contenido de sólidos hasta que la solución se transforma en saturada o el licor se vuelve demasiado viscoso para una transferencia de calor adecuada La temperatura de ebullición: puede aumentar en forma considerable al aumentar el contenido de sólidos, de modo que la temperatura de ebullición
5
McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en ingeniería química.4ed.España: Mc GrawHill.1998.p511
3
de una solución concentrada puede ser mucho mayor que la del agua a la misma presión. Formación de espuma: algunos materiales, en especial las sustancias orgánicas, forman espuma durante la vaporización. Una espuma estable acompaña al vapor que sale del evaporador, causando un fuerte arrastre. 6
Tipos de evaporadores
Los principales tipos de evaporadores tubulares calentados con vapor de agua que se utilizan actualmente son: 1. Evaporadores de tubos largos verticales:
Flujo ascendente (película ascendente). Flujo descendente (película descendente). Circulación forzada.
2. Evaporadores de película agitada. Estos evaporadores pueden operar de dos maneras: 1. Evaporación de múltiple efecto: el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y el vapor procedente de este se envía a un condensador. Se utiliza una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador 2. Evaporación de efecto simple: se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del líquido en ebullición se condensa y desecha. Balances de entalpía para evaporador de simple efecto En un evaporador de simple efecto, el calor latente de condensación del vapor es transferido a través de una superficie de calentamiento para vaporizar agua de una
solución en ebullición. Se necesitan dos balances de entalpía, uno para el vapor de agua y otro para el lado del líquido. Se supone que no hay fugas o arrastre, que el flujo de los no condensables es
despreciable, y que las pérdidas de calor desde el evaporador no requieren considerarse. La corriente de vapor de agua que entra a la cámara de condensación 6
McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en ingeniería química.4ed.España: Mc GrawHill.1998.p512
4
puede ser sobrecalentado, y el condensado generalmente abandona la cámara de condensación algo subenfriado por debajo de su temperatura de ebullición. Sin embargo, tanto el sobrecalentamiento del vapor de agua como el subenfriamiento del condensado son pequeños y resulta aceptable despreciarlos al aplicar un balance de entalpía. Los pequeños errores que se cometen al despreciarlos se compensan aproximadamente al no tener en cuenta las pérdidas de calor desde la
Figura 1.
cámara de vapor. Con estas suposiciones, la diferencia entre la entalpía del vapor de agua y la del condensado es simplemente λs, el calor latente de condensación
del vapor de agua. El balance de entalpía para el lado del vapor es:
7
= ̇ = ̇ ∗ λ 1 Donde:
= velocidad de transferencia de calor a través de la superficie de calentamiento
desde el vapor de agua Hυ = entalpía específica del vapor de agua Hc = entalpía específica del condensado λs = calor latente de condensación del vapor de agua m.
7
McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en ingeniería química.4ed.España: Mc GrawHill.1998.p526
5
Ms = velocidad de flujo del vapor de agua El balance de entalpía para el lado del licor es 8
= ( ̇ ̇) ̇ + ̇ 2 Donde: H = entalpía específica de la solución concentrada
En ausencia de pérdidas de calor, el calor transferido desde el vapor de calentamiento hacia los tubos es igual al transferido desde los tubos hacia el licor y, por tanto, qs = q. Así, combinando las ecuaciones (1) y (2) 9
= ̇ λ = (̇ ̇) ̇ + ̇ 3 Las entalpías del lado de la solución H v, Hf y H dependen de las características de la solución que se concentra. La mayor parte de las soluciones cuando se mezclan o se diluyen a temperatura constante no producen un gran efecto térmico. Para disoluciones cuyos calores de disolución son despreciables, los balances de entalpía para un evaporador de simple efecto se calculan a partir de los calores específicos y las temperaturas de las soluciones. La velocidad de transferencia de
calor q del lado del licor incluye q f , el calor transferido hacia la solución diluida necesario para variar su temperatura desde T f hasta la temperatura de ebullición T, y qv, calor necesario para realizar la evaporación. 10
= + 4 Si el calor específico de la solución diluida se supone constante para el intervalo d e
temperatura comprendido entre T f y T, entonces
8
McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en ingeniería química.4ed.España: Mc GrawHill.1998.p527 9 McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en in geniería química.4ed.España: Mc GrawHill.1998.p527 10 McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en ingeniería química.4ed.España: Mc GrawHill.1998.p527
6
= ̇ c ( T ) = (̇− ̇)λ
5 6
cpf = calor específico de la solución diluida λv = calor latente de vaporización procedente de la solución concentrada
Si la elevación del punto de ebullición de la solución concentrada es despreciable, λv = λ, el calor latente de vaporización del agua a la presión del espacio de vapor.
Sustituyendo a partir de las ecuaciones (5) y (6) en la ecuación (4) se obtiene la ecuación final para el balanc e de entalpía en un evaporador de simple efecto cuando el calor de dilución es despreciable
= ̇ c ( T ) + ̇ − ̇λ
7
Establece que el calor procedente del vapor de condensación se utiliza 11: 1) en vaporizar desde la solución 2) en calentar la alimentación hasta la temperatura de ebullición; si la alimentación entra a una temperatura superior a la de ebullición en el evaporador, una parte de la evaporación es instantánea. CALCULO DE LAS PÈRDIDAS DE CALOR EN EL EVAPORADOR En un evaporador donde no hay pérdidas o donde estas son muy despreciables, estos los calores cedido y ganado son iguales, se cumple:
Q = Q 8 Donde 11
McCABE,W.SMITH,J.HARRIOTT, Operaciones unitarias en ingeniería química .4ed.España: Mc GrawHill.1998.p528
7
Qcv= calor cedido por el vapor de la caldera Qgs = calor ganado por la solución a concentrar Teniendo en cuenta que la situación anterior es ideal, en el evaporador se dan perdidas de calor
Q = Q Q 9 El calor cedido por el vapor de calentamiento implica su cambio de fase, es decir, el calor latente.
Q = ∗ ∗ λ + ∗ ∗ ∆ ∗ 10 Vvc= volumen del vapor de calentamiento condensado ρ = densidad del agua
El calor ganado por la solución es el resultado de la suma del calor latente y el calor sensible que ocasionó el cambio de temperatura de la solución:
Q = ∗ ∗ c ∗ λ ∗ ∗ ∗ ∆
11
Donde: Vsc = Volumen total condensado del vapor de solución Vt = Volumen total de la solución ρsln = densidad de la solución
EFICIENCIA ENERGÈTICA Esta relación es el cociente entre la energía generada por un equipo y la energía consumida por el mismo. Cuanto mayor sea esta relación más eficiente es la maquina 12
=
Q ∗ 100 Q
12
12
WHITMAN, William C. JHONSON, William.Tecnologia de la r efrigeración y aire acondicionado. Volumen 3. España: ediciones paraninfo SA: 2000 p291
8
COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA El coeficiente de transferencia de calor (U) es una medida de la rapidez con la cual fluye el calor a través de un área de superficie de un pie cuadrado por cada grado fahrenheit de diferencia de temperatura a través de la pared 13
= ∗ ∗ ∆
13
Donde: Q= es el calor entregado por el calefactor U = es el coeficiente de transferencia global de calor A = es el área de intercambio de calor ΔT = es la diferencia de temperatura entre la superficie del calefactor y el líquido
que lo rodea. RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN 14
=
∗∗ ∗
14
Fsln = Flujo volumétrico de la solución al evaporador Fvsln = Flujo volumétrico del vapor de solución en el condensador
13
SOTO, Juan. Fundamentos sobre Ahorro de Energía. 1ed. Mexico: Universidad Autónoma de Yucatán.1996. p28 14 HOUGEN, O. WATSON, K. RAGATZ, R. Principios de los procesos químicos. Tomo 1. España: Editorial Reverté S.A. 1982. p230
9
METODOLOGIA
Etapa 1: se hizo un reconocimiento previo con los técnicos del laboratorio, los
cuales indicaron las precauciones pertinentes, no toca las tuberías con las manos, usar los guantes aislantes, marcar las muestras, tomar las temperaturas. De igual forma se identificaron las partes que componen el montaje las cuales se pueden observar en la figura 2.
10
COMPONENTES DEL SISTEMA:
Entrada agua de enfriamiento. 2. Salida agua de enfriamiento. 3. Salida condensado de solución 4. Entrada de vapor. 5. Salida condensado de vapor. 6. Temperatura de la solución. 7. Condensador. 8. Evaporador. 9. Placas Deflectoras. 10. Rotámetro. 11. Cámara de vapor. 1.
Figura 2.
E tapa 2: se realizaron los cálculos necesarios para preparar una solución de agua
y azúcar concentrada al 80%, después de preparada se tomaron diferentes cantidades de la solución y se disolvieron en un balón aforado de 50ml (figura 3). 5 gotas de cada una de las disoluciones se examinaron en el refractómetro (figura 4) para medir el índice de refracción y los grados brix. Se realizó una gráfica de concentración en % peso Vs grados brix para soluciones diluidas. Se preparó nuevamente una solución de agua y azúcar, esta vez concentrada al 16% en peso. Esta solución se le agrego al mini evaporador pa ra iniciar la operación de evaporación.
Fi ura
11
Fi ura
E tapa 3: a una presión de 8 psi se hizo una toma de las temperaturas, volúmenes
de condensado, grados brix y concentraciones de los componentes presentes en el sistema. 1. Toma de temperatura: después de que se condenso la primera gota cada 5 minutos se tomaron las 6 temperaturas de las termocuplas mencionadas anteriormente. 2. Volúmenes de condensado: cada 5 minutos se tomó el volumen de condensado de la solución (azúcar + agua) y el volumen de condensado de vaporización. 3. Grados brix: a cada una de las muestras recolectadas cada 5 min se le realizó un análisis con un refractómetro para determinar los grados brix y poder saber la concentración que tenía la muestra con la ayuda de la gráfica realizada en la etapa 2. Cuando se llegó a la concentración deseada (64%) se procedió a inyectar en el sistema el indicador de permanganato de potasio con el fin de calcular la velocidad con la cual circulaba el fluido en la cámara de vapor. (Figura 5)
Figura 5.
E tapa 4: se midió el caudal del flujo de enfriamiento mediante la medición de cierto
volumen recolectado en un tiempo determinado para cada una de las posiciones del medidor de caudal. Se fijaron 5 caudales diferentes con ayuda del rotámetro y las mediciones se realizaron 3 veces para sacar un promedio de las medidas. E tapa 5: realizar el tratamiento de datos correspondientes, el cual se profundiza en
el presente informe en la sección de Análisis de resultados.
12
DATOS RECOLECTADOS En la tabla 1 se muestran los resultados de los grados brix leídos para 11 soluciones con diferentes concentraciones en peso de azúcar, esto se hizo con el fin de realizar la gráfica de concentración en porcentaje peso Vs grados brix. Muestra
Grados Brix
peso (g)
%P
1
1,4
0,032
3,2
2
3
0,064
6,4
3
5,2
0,096
9,6
4
6,2
0,128
12,8
5
9,2
0,16
16
6
11
0,192
19,2
7
12,2
0,224
22,4
8
14,8
0,26
26
9
16,8
0,32
32
10
20,8
0,384
38,4
11
26,2
0,48
48
Tabla 1.
En la gráfica 1 se observa la relación entre la concentración másica y los grados brix, la cual se usó durante el experimento para determinar el grado de concentración en el cual se encontraba la solución a determinado tiempo.
Grados brix Vs Concentración. 0,6 0,5 x 0,4 i r b s o0,3 d a r G
0,2 0,1 0 0
10
20
30
concentración masi ca
Grafica 1.
13
40
50
60
En la tabla 2 se tabularon los resultados obtenidos para las temperaturas de las termocuplas para 8 tiempos diferentes cada 5 minutos MUESTRA 1 2 3 4 5 6 7
t (minutos) 0 5 10 15 20 25 30 37,45
T1 (°C) 27 27 27 27 27 27 27 27
T2 (°C) T3 (°C) 35 30 38 30 35 30 38 30 39 30 38 30 38 30 38 30 Tabla 2.
T4 (°C) 122 123 123 123 125 126 127 127
T5 (°C) 118 121 119 121 121 122 125 124
T6 (°C) 90 98 98 98 98 98 98 99
En la tabla 3 se encuentran los volúmenes de condensado a diferentes tiempos. condensado vapor de condensado vapor de sln (ml) vaporizacion (ml)
MUESTRA
tiempo (min)
1
5
400
1000
2
10
380
1025
3
15
380
1250
4
20
440
1000
5
25
420
1050
6
30
410
1100
7
37,45
590
1500
Tabla 3.
En la tabla 4 se encuentran los grados brix y la concentración en %peso de cada una de las muestras concentradas recolectadas durante el proceso. Las últimas dos muestras fue necesario diluirlas ya que la muestra sin diluir no se encontraba dentro del rango de la gráfica 1. Muestra
indice de
Grados Brix
%PESO
13,8
24,1219351
1
refracción 1,354
2
1,357
15,8
27,4353877
3
1,3605
18
31,0801856
4
1,3665
22,2
38,0384361
5
1,374
26
44,333996
6
1,333
0,2
39,7614
7
1,3345
0,8
64,6123
Tabla 4.
14
DILUIDAS
En la tabla 5 se encuentran los datos recolectados para el cálculo de caudal experimental que permite la calibració del rotametro. Posición
1
2
3
4
5
Tiempo (s) 5,190 3,330 6,010 5,810 5,880 7,740 4,630 3,820 3,560 4,780 3,030 4,390 3,310 3,100 4,000
Volumen (ml) Caudal real [ml/s] 280,000 185,000 330,000 500,000 510,000 660,000 460,000 370,000 320,000 530,000 330,000 480,000 460,000 390,000 530,000
Caudal real promedio
Caudal aparente [l/min]
Caudal aparente [ml/s]
54,805
3,000
50,000
86,059
5,000
83,333
95,366
6,000
100,000
109,710
7,000
116,667
132,426
8,600
143,333
53,950 55,556 54,908 86,059 86,735 85,271 99,352 96,859 89,888 110,879 108,911 109,339 138,973 125,806 132,500 Tabla 5.
15
ANALISIS DE RESULTADOS
Para realizar los cálculos del presente informe se debe tener en cuenta que el sistema trabajado NO es un sistema adiabático, es decir tenemos pérdidas de calor durante el proceso, en consecuencia, Qcedido≠Qrecibido.
De igual forma se aclara que los datos de temperatura utilizados en los diferentes cálculos corresponden al valor promedio de las 7 mediciones realizadas en las diferentes zonas del mini evaporador.
Pérdidas del calor en el evaporador
Como mencionamos anteriormente existen perdidas de calor durante la práctica, por lo que necesitamos calcular las perdidas en el evaporador, con la ecuación (10) calculamos el calor cedido por el vapor de calentamiento:
Q = 7925 ∗ 1
∗ 2191.82 + 7925 ∗ 1 ∗ 124.5 121° ∗ 1.86 ∗° Q =17416300 J
En la tabla 6 se muestran los datos necesarios para el cálculo del calor cedido por la solución, y el resultado de este mismo. vvc [ml]
7925
densidad (g/ml)
1
calor latente landa (124,5 °C) [J/g]
2191,82
calor cedido por el evaporador (calor latente) [J] calor sensible [J] capacidal calorifica del agua [J/g*°C] calor cedido por el evaporador total [J] cal or l atente landa ( 97, 125 °C) Tabla 6.
17370173,5 46126,4719 1,86252 17416300 2264, 58
Con la ecuación (11) se encontró el calor ganado por la solución, teniendo en cuenta que la densidad de la solución se asumió igual a la del agua ya que en el laboratorio no se realizó la medición de esta y de igual forma al ser la concentración inicial relativamente baja (0,16) es una aproximación válida:
Q = 4000 ∗ 1
∗ 0.95 ∗ 97,13 25° + 2191.82 ∗ 1 ∗ 3020 ∗°
16
Q =7113314,32 J Con la ecuación (9) calculamos las pérdidas en el evaporador:
Q = 17416300 J 7113314,32 J =10256859,18 J En la tabla 7 se muestran los resultados obtenidos para el calor latente, calor sensible, calor ganado por la solución y el calor perdido por la misma. volumen total de condensado de la solucion (ml) vol ume n total de l a sol uci on ml
4000
densidad de la solución g/ml
1
densidad del agua (g/ml)
1
3020
calor latente [J/g] 2191,82 capaci dad cal orif ica [ J/g*C] 0,95072 delta de temperatura de la solución 72,125 calor sensible [J] 274282,72 calor latente [J] 6839031,6 calor ganado por la solución [J] 7113314,32 calor perdido [J] 10256859,18 Tabla 7.
*Podemos observar que las pérdidas de calor en el evaporador son elevadas ya que el calor cedido por el vapor de calentamiento es significativamente más alto (Qcv=2Qgs aprox.) que el calor absorbido por la solución; esto es congruente con lo esperado ya que NO se cuenta con material aislante que evite la disipación de energía en forma de calor en el evaporador.
Perdidas en el condensador:
Se realiza el mismo cálculo anterior, pero con los datos y las cor rientes relacionadas con el balance del condensador.
17
En la tabla 10 se muestran los datos necesarios para el cálculo del calor cedido por el vapor de agua de la solución, calor ganado por el agua de enfriamiento y el resultado de las pérdidas en el condensador: Cálculo de las perdidas de calor en el condensador. Calor latente cedido por el vapor de agua en la solucion [J]
6839032
Calor sensible del agua de enfriamiento [J]
4763633
Pérdida de calor en el condensadro [J]
2452964
Calor sensible cedido del vapor de agua de la solución
377565
Ca l or tota l cedi do por el va por de a gua de l a sol uc ión
72 16 597
Tabla 10.
*Comparando las pérdidas de calor del condensador y el evaporador se puede ver que las pérdidas en el evaporador son mucho más grandes que las de este último, esto es congruente ya que el equipo tiene material aislante en la parte correspondiente al condensador mientras que en el evaporador no, esto lo hacen con un fin didáctico ya que de esta manera se puede observar el movimiento que ocurre dentro del equipo.
Eficiencias energéticas A partir de los datos encontrados en los incisos anteriores y con ayuda de la ecuación (12) se calculan las eficiencias en el evaporador y en el condensador, como mencionamos anteriormente se puede recalcar que la eficiencia en el condensador es mayor que la del evaporador.
calculo eficiencia energetica del evaporador eficiencia energetica
0,408
40,843
Tabla 8. eficiencia energetica en e l condensador eficiencia energetica
0,660 Tabla 9.
18
66,009
Coeficiente global de transferencia Coefici ente global de trans ferencia Area [cm^2]
658,322
ΔT
27,375
U [J/cm^2*C]
394,711
U [KJ/cm^2*C]
0,395
ΔT= Temperatura de superfi ci e- Temperatura vapor de agua
Tabla 11.
Relación de recirculación Relaci ón de recircula ción Velocidad [cm/s]
6,316
Area transversal [cm2]
9,580
Fl uj o vol umétr ic o de l a sol uc ión al eva por ador [c m3/s ]
6 0,5 05
Flujo volumétrico del vapor de la solucion e el condensador [ml/s]
1,344
Relacion de recirculacion (Rc)
0,978
Tabla 12.
Calibración del rotámetro.
La calibración del rotámetro se hizo a partir del cálculo de caudales reales promedios usando los datos tomados en la tabla 5, sabiendo que:
=
Donde:
V=Volumen [ml] tp= Tiempo promedio [s]
Para cada posición escogida en el rotámetro se determinó el porcentaje de error, de esta forma, se evidenciaría la diferencia entre los caudales tomados experimentalmente y los leídos directamente en el dispositivo.
% =
∗ 100
19
El porcentaje de error en la medición se encuentra en un intervalo de 3 a 8,7%. Los datos calculados para cada posición del roámetro se encuentran en la Tabla 13. Calibración del rotámetro. Posición
Caudal real prom [ml/s ]
Caudal aparente [ml/s]
%Error
1
54,805
50
8,767%
2
86,059
83,333
3,167%
3
95,366
100
4,859%
4
109,710
116,667
6,341%
5
132,426
143,333
8,236%
Tabla 13.
. Para establecer una relación entre ambos caudales se realizó la gráfica 6 de Caudal aparente Vs. Caudal real.
Gráfica 6
Los datos obtenidos para el caudal calculado experimentalmente muestran tanto grafica como analíticamente ser bastante parecidos a los caudales aparentes, las pequeñas variaciones se le pueden atribuir a que el rotámetro está diseñado para operar a una temperatura de 15° C.
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CONCLUSIONES
Por medio de la comparación del caudal experimental y aparente se logró la calibración del rotámetro. Se determino que, aunque la pieza no fuera diseñada específicamente para el sistema en el cual se utiliza está operando de manera adecuada ya que el error no sobrepaso el 9%. A partir de la experiencia fue posible determinar que el tiempo necesario para concentrar una solución compuesta por agua y azúcar desde el 16% masa hasta el 64% a las condiciones del sistema es de 37,47 min. En el sistema trabajo la pieza más eficiente fue el condensador con una eficiencia energética 1.65 veces más grande que la del evaporador, además de esto supera el 50% de este parámetro, mientras que el evaporador no alcanza ni la mitad de su rendimiento. Las pérdidas de calor son algo inevitable durante un proceso, existen ciertos factores que ayudan a que un equipo tenga más o menos pérdidas. Defectos en el aislamiento térmico, o el hecho de carecer de este recubrimiento. Una capa aislante es útil para conservar el calor, es por esto que las pérdidas en el evaporador son significativamente más elevadas que en el condensador.
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