INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
ESIQIE
LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
PRACTICA N° 4 “CONDENSADOR HORIZONTAL”
PROFESOR: ISMAEL MEDINA MONDRAGÓN
INTEGRAMNTES: CISNEROS MUÑOZ ALEJANDRA ENRIQUEZ OLIVARES ERICK VALDEZ MANRIQUEZ NORMA MIRIAM
GRUPO: 2IM88
MIÉRCOLES 30/ABRIL/2014
OBJETIVOS En esta práctica se estudiara cuando un vapor hace contacto con una superficie que se encuentra a una temperatura inferior a la temperatura de saturación del vapor, el cual implica un cambio de fase. Se trabajara en los dos tipos de intercambiadores para ver en que intercambiador la condensación puede formarse sobre la pared de un tubo.
Conocer y aprender a operar el equipo. Realizar un análisis de acuerdo al comportamiento del equipo. Determinar el comportamiento del equipo tomando en cuenta el tipo de condensación. Determinar cuál es la eficiencia térmica del intercambiador. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor experimental y teórico para conocer el comportamiento del equipo.
INTRODUCCIÓN Los equipos llamados condensadores se emplean para hacer pasar un vapor o una mezcla de vapores al estado líquido mediante la extracción de calor. Estos aparatos son muy utilizados en las operaciones de destilación, evaporación, refrigeración y licuefacción. Con frecuencia el calentamiento de muchos fluidos se hace mediante vapor de agua, que condensa al transferir su calor latente. Estos equipos no reciben el nombre de condensadores, ya que su principal función no es la de condensar, aunque en realidad se presenta en ellos el mismo fenómeno de condensación al igual que en los condensadores típicos. Cuando el vapor contiene aire u otros gases incondensables, la emisión calorífica durante la condensación se reduce. Esto ocurre porque en la superficie fría se condensa el vapor y el aire permanece allí a menos que se lo drene, a medida que pasa el tiempo el aire se va acumulando cerca de la pared de los tubos y obstaculiza el movimiento del vapor hacia la pared. Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado líquido, también conocido como fase de transición. El equipo de transferencia de calor es esencial usado en todas las industrias de proceso y el ingeniero debe estar familiarizado con los diferentes tipos de equipos empleados para esta operación. La condensación por película es susceptible al análisis matemático y los cálculos de los condensadores comerciales se basan en este tipo de condensación. En la condensación por película los coeficientes de transferencia de calor son más bajos que en la condensación por goteo, el espesor de la película se ve afectado por la velocidad, viscosidad, la densidad, el diámetro del tubo la textura de la superficie por la que se efectúa la condensación y sobre todo por la posición del condensador. En la condensación los equipos pueden ser colocados en forma horizontal o vertical dependiendo de la aplicación del condensado. Para poder definir la posición de un condensador debe tomarse en cuenta la facilidad de mantenimientos, el tipo de soportes estructurales y el costo que implica, generalmente es más costoso instalar un condensador de tipo vertical. La posición del condensador afecta considerablemente el valor de los coeficientes de película.
Los factores que se deben considerar en la elección de un intercambiador de calor son: Temperatura a la que se trabaja Estado del fluido (vapor o líquido) Presión a la que se someten los fluidos. Pérdidas de presión en los intercambiadores Caudal del fluido Acción corrosiva del fluido tratado
Funcionamiento
Un condensador es un intercambiador térmico, el cual se pretende que el fluido que lo recorre cambie a fa se liquida desde
Un condensador es un cambiador de calor latente
su
el
que convierte el vapor de su estado gaseoso a su
intercambiador de calor (cesión del calor
estado líquido, también conocido como fase de
al exterior, que se pierde sin posibilidad
transición. El propósito es condensar la salida (o
de aprovechamiento) con otro medio.
extractor) de vapor de la turbina de vapor para así
fase
gaseosa
mediante
obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera.
¿Qué es un condensador? Condensador por goteo
Condensadores
Cuando un vapor puro saturado entra en contacto con una superficie fría tal como un tubo se condensa y puede formar gotas en su superficie y en lugar de cubrir el tubo se desprenden
Tipos de condensadores
de
él,
dejando
el
metal
descubierto en el cual se pueden tomar nuevas gotitas de condensado.
Condensación por película Los condensadores se pueden clasificar en muchas formas diferentes. Una forma consiste en basar la clasificación en las direcciones a
Durante la condensación puede formarse
donde se dirige la condensación horizontal y
sobre la pared del tubo de la película de
vertical, cuando el condensado de vapor forma
condensado una película, en la condensación
una película se habla de un condensador
por este tipo de coeficientes de trasferencia
vertical y cuando el condensado se hace por
de calor son más bajos que por la de goteo, el
goteo se habla de un condensador
espesor de la película se ve afectado por la velocidad, viscosidad y textura de la superficie por la que se efectúa la condensación y por la o osición del condensador.
Usos de un condensador Condensadores
Son diversos los usos que se le puedan acreditar
a
cada
uno
de
los
tipos
de
condensadores existentes, pero en general, los condensadores son usados para recuperar un producto que se encuentra en fase vapor.
DIAGRAMA DE FLUJO
CÁLCULOS Tabla de datos experimentales Lectura de las temperaturas en los termopares Termopar 1 Termopar 2 Termopar 3 Termopar 4 34°C 40°C 98°C 76°C
Lectura del rotámetro 80% ∆z
condensado 55
Tabla de datos experimentales Pv (kg/cm ) Tv (°C) Tc (°C) 92 93 100 97 109 100 109 101 ᶿ minutos 10 minutos 108 100 108 100 108 100
Cálculo del gasto volumétrico del agua
Tagua 22 24 24 24
Taguacaliente 37 44 45 45
24 24 24
45 44 44
* * * * *
Formula:
Sustitución:
Resultado:
Cálculo del gasto masa del agua
Formula:
Sustitución:
Resultado:
Cálculo del gasto volumétrico del condensado
Formula: Sustitución: Resultado:
* * * * * Cálculo del gasto masa del condensado
Formula: Sustitución:
Resultado:
Cálculo del calor ganado por el agua
Formula: Sustitución:
Resultado:
Cálculo de la presión absoluta
Formula: Sustitución:
() )
Resultado:
Tomando λ de tablas de vapor @ Pabs :
Cálculo del calor ganado por el agua Formula: Sustitución:
Resultado:
* * * *
Cálculo de la eficiencia térmica del equipo Formula: Sustitución:
Resultado:
* Cálculo de
Formula:
Sustitución:
Resultado:
Cálculo del área de transferencia de calor Formula: Sustitución: Resultado:
Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental Formula: Sustitución:
Resultado:
Cálculo de la temperatura media del agua.
Fórmula :
Sustitución : Resultado : Propiedades del agua @ tm :
tm=34°C
Cálculo de la velocidad de flujo del agua Fórmula : Sustitución : Resultado :
Cálculo del coeficiente de película interior.
*
Fórmula :
Sustitución:
Resultado :
Cálculo de temperatura de película. Fórmula :
Sustitución :
Resultado :
Cálculo del coeficiente de película exterior. Fórmula : Sustitución :
Resultado:
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor teórico. Fórmula :
Sustitución
Resultado :
** Cálculo de desviación porcentual.
Fórmula :
Sustitución :
Resultado :
:
Tabla de resultados Gasto volumétrico del agua Gasto masa del agua Gasto volumétrico del condensado Gasto masa del condensado Calor ganado por el agua Presión absoluta Calor cedido por el vapor
Eficiencia térmica del equipo Área de transferencia de calor Coeficiente global de transferencia de calor experimental Temperatura media del agua Velocidad del flujo del agua Coeficiente de película inferior Temperatura de película Coeficiente de temperatura exterior Coeficiente global de transferencia de calor teórico Desviación porcentual
tm=34°C
OBSERVACIONES Al realizar esta práctica se pudieron apreciar varios factores, los cuales se pueden considerar como influyentes en los resultados obtenidos en nuestra experimentación. La afectación que se puede considerar de mayor relevancia es la perdida de vapor, pudiéndose observar dicha perdida a través de la ventana por la cual se puede observar el fenómeno de condensación de película. También es de importancia comentar que el equipo no se centro, esto no afecta directamente los resultados del experimento pero si afecta la apreciación del fenómeno de condensación por goteo. Con lo anterior se puede apreciar que el condensador horizontal mostro menos eficiencia que el condensador vertical.
CONCLUSIONES Se puede concluir que para decir cuál de los dos equipos es mas eficiente se puede determinar por tres métodos; la primera forma de hacerlo es de manera visual, basta únicamente con observar los fenómenos de condensación y la cantidad de condensado que se obtiene dentro de los equipos; en este primer método se puede apreciar que el condensador vertical es más eficiente ya que la cantidad de condensado que se apreciaba en el condensador era mucho en relación al condensador obtenido en el equipo horizontal. La segunda forma de determinar cuál de los dos equipos es más eficiente y es muy sencilla basta con medir la altura del condensado; para el condensador vertical se registro una altura de 5 cm, como se observa el condensador vertical es más eficiente con respecto al condensador horizontal. La tercer forma de verificar que el equipo es más eficiente, se puede hacer basándose en el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor tanto experimental como teórico con los cuales se puede obtener un porcentaje de desviación porcentual y así poder determinar cual equipo es más eficiente; como se puede apreciar en los resultados obtenidos en las dos practicas el porcentaje de desviación es mayor en el condensador vertical, con esto nos vamos a un dato bibliográfico que nos dice que el coeficiente global de transferencia de calor de un condensador vertical es de (400-1800 kcal/hm 2°C). Con lo cual se refuerzan nuestros cálculos. Por lo tanto podemos concluir que el condensador vertical es más eficiente respecto al condensador horizontal.
BIBLIOGRAFÍA 1.- CALLEJA, G. y col. (19 99) “Introducción a la Ingeniería Química”. Síntesis. 2.- HOLMAN, J.P. (1998) “Transferencia de Calor” Mc Graw -Hill. 3.- “Tipos de condensadores”. Consultado en: http://books.google.com.mx/books?¡d=mAt AM64zfgCpg=PA88DG=condensación+en+forma+de+gotahl=essa=Xei=NdcnuooCYyCrQGdk4G4Agved=0CC0Q6AEwAA#v=onepageq=condensacion%20en%20f orma %20de%20gotaf=false
