27 de Marzo de 2018, Preinforme No. 7
REACTOR ENCHAQUETADO Laboratorio de fluidos, sólidos y transferencia de calor Universidad Nacional de Colombia Grupo A Omar G. Ballen,
[email protected] [email protected];; Juan D. Rangel,
[email protected] Rangel,
[email protected] Juan D. Rosales,
[email protected] Rosales,
[email protected];; Julián E. Sastoque,
[email protected] Sastoque,
[email protected];; Paula L. Solano,
[email protected]
1. OBJETIVOS Estudiar el fenómeno de transferencia de calor en un tanque de agitación enchaquetado (reactor enchaquetado), mediante un balance de energía dentro de este. 1.1
Calcular los coeficientes de película del equipo dependiendo de la velocidad de
entrada del fluido y de la velocidad del motor. 1.2
Determinar el calor transferido al agua al pasar por el reactor enchaquetado a
diferentes caudales.
2. PROCEDIMIENTO
Figura 1. Diagrama de flujo de la práctica
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3. EQUIPOS Y OPERACIÓN
Figura 2. Diagrama del equipo El equipo consta de: ●
● ● ● ● ●
Reactor enchaquetado con un diámetro (Dj) de 199.15 mm, altura de porción húmeda (z) de 162.10 mm, una longitud de paleta (L) de 65 mm, una altura desde el fondo de la paleta hasta el fondo del recipiente (B) de 44 mm y una longitud total (Lt) de 209 mm. Bomba centrífuga de alimentación. Tanque de almacenamiento. Unidad de control del equipo. Trampa de vapor. Caldera.
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Figura 3. Parámetros geométricos del reactor enchaquetado. Materiales requeridos: ● ● ● ●
Termocuplas Manometros (3) Probeta Cronómetro
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4. DATOS Primero se determina el calor transferido al agua tras su paso por el reactor, midiendo el cambio de temperatura y reemplazandolo en la siguiente ecuación:
(1) El flujo másico del agua (mw ) se determina mediante la medición del caudal y la densidad a la temperatura de alimentación y el Cp es el calor específico a presión constante promedio entre las temperatura de salida del agua del reactor (t ) y la temperatura de entrada del agua s del reactor (t e ) .
Después, con la toma de temperaturas de salida del vapor de proceso (Ts) y la temperatura de entrada del vapor de proceso (Te), se puede determinar la Media Logarítmica de la Diferencia de Temperaturas así:
(2)
Con los parámetros geométricos del reactor (Figura 3) y con la velocidad de rotación del agitador (N en revoluciones por hora) de puede determinar el número de Reynolds al interior de reactor como:
(3)
Donde L es la longitud de la paleta, ρ es la densidad promedio del líquido al interior del reactor y μ la viscosidad del líquido. Luego, con ayuda del gráfico 20.2 del texto Kern [1] se
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determina el valor de j H para determinar los coeficientes de película tanto para el interior del reactor como para la chaqueta:
Figura 4. Coeficientes de transferencia de calor para chaquetas y serpentines.
(5)
μ
Donde k es la conductividad térmica del agua, el cociente ( μ ) w
0,14
se puede asumir igual a 1
para el agua. Despejando el valor de ho
(6) Para el vapor de agua que se encuentra en la chaqueta se puede asumir un coeficiente de película hio de 1500 BTU/h pie2 °F. Finalmente, con el objetivo de evaluar los coeficientes globales de transferencia de calor y determinar el factor de suciedad u obstrucción se tienen las siguientes relaciones:
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(7)
El valor de Δt es equivalente a la MLDT determinada anteriormente y el área de transferencia de calor es la superficie interior del reactor enchaquetado, en la cual se considera el fondo como una placa plana.
(8)
Finalmente, se calcula el calor entregado y el calor aprovechado mediante las siguientes ecuaciones para poder determinar las pérdidas de calor:
(9)
(10)
Donde λ = 2254.84 kJ /kg y T2 es la temperatura a la salida del reactor.
(11)
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TABLAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
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5. REFERENCIAS [1]
D.Q. Kern, “Recipientes enchaquetados”. en Procesos de transferencia de Calor”. CECSA:
México,1999. Capítulo 20. [2]
J. Costa , S. Cervera, F. Cunill, S. Esplugas, C. Mans, J. Mata. Las Operaciones Unitarias in
Curso de Ingeniería Química. Introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte. p.p. 87, 88 [online]. Disponible en: https://books.google.com.co/books?id=XZNY pvnO_V8C&pg=PA88&dq=reactor+con+camis a&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjQu-b2y8XWAh VIQyYKHcfPB_gQ6AEIKjAB#v=onepage&q=rea ctor%20con%20camisa&f=fals
[3]
A. P Corredor, C.A. Gómez, S.A. Herrera, C.A. Ramos, N. Sanabria, J.D. Melo, “Reactor
Enchaquetado” [online]. Colombia, Universidad Nacional de Colombia, 2014. Disponible en: https://es.scribd.com/document/265644033/Reactor-Enchaquetado
