“CONDENSADOR MULTITUBULAR”

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE[pic 1]

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA

INFORME Nº 2:

“CONDENSADOR MULTITUBULAR”

[pic 2]

Resumen.

El día 27 de Mayo del año 2010, en el Laboratorio de Operaciones Unitarias ubicado en  el Departamento de Ingeniería Química de La Universidad de Santiago de Chile, se desarrolló la experiencia de “CONDENSADOR MULTITUBULAR”.

El cual consistió en hacer pasar por un intercambiador de tubos y carcasa del tipo 1-2, un flujo de vapor de calefacción proveniente de la caldera, junto con un flujo de alimentación de agua fría. Esto para tres presiones diferentes de vapor (4 [psig], 6 [psig], 8 [psig] ), y 5 ΔH de flujo de agua fría. Se tomaron las temperaturas de entrada y salida del fluido frío, y las de salida del condensado.

La experiencia tuvo como objetivos principales el realizar un balance de energía al condensador, con el fin de determinar las pérdidas de energía al aire, calcular también el coeficiente global de transferencia (U) de calor sucio y limpio y determinar la eficiencia del intercambiador de calor.
La determinación del calor perdido se realizo mediante la diferencia del calor cedido por el vapor de calefacción, que corresponde a un calor latente, y el absorbido por el flujo de alimentación, que se obtiene mediante un calor sensible. Los resultados obtenidos para Q perdido promedio fueron: para 4 [psig] de 10058,037 [W]; para 6 [psig] 8680,512 [W]; para 8 [psig] 7487,044 [W]. Por lo que se puede apreciar que Los calores cedidos y absorbidos aumentan con el incremento del flujo de fluido frío.

El coeficiente global de transferencia (U) de calor sucio  se calculó mediante el área interna, la diferencia media logarítmica y el calor absorbido y el limpio a partir de la suma de resistencias dando como resultado U sucio: para 4 [psig] un rango de (601 -1194) [W/m2·K]; para 6 [psig] (620-1216) [W/m2·K]; para 8 [psig] (599-1339) [W/m2·K]. U limpio: para 4 [psig] un rango de (910-1827) [W/m2·K]; para 6 [psig] (913-1824) [W/m2·K]; para 8 [psig] (911-1843) [W/m2·K].

Los coeficientes globales, sucios y limpios, tienden a subir a medida que crece el flujo de agua, y el coeficiente limpio resultó mayor que el sucio, reflejando lo que dice la teoría.

Por último para determinar la eficiencia del intercambiador de calor se calculo el cociente entre el calor absorbido y el calor cedido, y se multiplico por 100 dando como resultado: para 4 [psig] 79,074 %; para 6 [psig] 81,837 %; para 8 [psig] 84,574 %.

Las eficiencias a las distintas presiones son aceptables en términos prácticos, pudiendo decir que la transferencia de calor es satisfactoria, teniendo en cuenta el uso del equipo.

Índice

                                                                                                                Página

1.-Objetivos................................................................................................................

2.-Teoría……….........................................................................................................

3.- Aparatos y Accesorios.………………………………………………….............

4.- Procedimiento Experimental...……………………………….............................

5.-Datos………………………………………………………………......................

6.-Resultados………………………………………………......................................

7.-Discusiones……….……………………………………………….......................

8.-Conclusiones………………………………………………..................................

9.-Recomendaciones…………………………………………………......................

10-.Nomenclatura……………………………………………...................................

11.-Bibliografía………………………………………………………......................

Apéndice……………………………………………………………........................

1. Objetivos.

1.1.- Realizar un balance de energía al Condensador.

1.2.- Determinar el coeficiente convectivo para el agua, vapor y aire.

1.3.- Determinar el coeficiente global de transferencia (U) de calor sucio y limpio.

1.4.- Determinar el coeficiente de obstrucción o factor de ensuciamiento (RD), a través del método de Wilson.

1.5.- Determinar la eficiencia del intercambiador de calor.

1.6.- Determinar pérdidas de energía al aire.

2. Teoría.

        La industria se conforma por un gran número de operaciones, los cuales en conjunto cooperan para el desarrollo y obtención de ciertos productos, como lácteos, fluidos mineros, manejo de RILE’s, etc. Para llevar a cabo estos objetivos dentro de la industria, se consta de operaciones de filtrado, envasado aséptico, tamizado, fraccionamiento, pasteurizaciones y/o esterilizaciones, entre otros. Lo que respecta a estas dos últimas menciones, es necesario constar con ciertos equipos, los cuales se encargan a grandes rasgos, de subir o bajar las temperaturas, según sea necesario, al fluido en cuestión, estos equipos son los intercambiadores de calor, los que se detallarán a continuación.

2.1 Intercambiadores de Calor.

        En la industria existen situaciones en las que a veces es necesario mover el calor de un lugar a otro, o desde un fluido a uno distinto. Esta tarea la cumplen los intercambiadores de calor, los cuales existen en diferentes diseños, formas y estándares según lo requiera el sistema. Algunos tipos son: tubo y carcasa (véase figura 2.1.1 como ejemplo), placas, doble tubo, etc.

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Figura 2.1.1: Intercambiador de Tubo y Carcasa de dos pasos.

Las principales razones por la que se utilizan estos equipos son:

• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.
• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.
• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.

Los intercambiadores realizan lo anterior sin el contacto físico de las corrientes calientes y frías.

2.2 Intercambio de calor en un condensador.

Los procesos no son 100% efectivos, por lo cual no todo el calor se entrega o extrae al fluido, es por ello que se disipa parte de este a los alrededores del sistema.

Con un balance de energía se puede cuantificar la cantidad entregada al ambiente por la siguiente expresión:

[pic 4]                         (2.2.1)

Donde        :

[pic 5]        : Calor perdido [W].

[pic 6]        : Calor cedido por el vapor [W].

[pic 7]        : Calor absorbido por el agua [W].

[pic 8]        : Calor latente del vapor [J/kg].

[pic 9]        : Flujo másico de vapor [kg/s].

[pic 10]        : Flujo másico de agua [kg/s].

[pic 11]        : Calor específico del agua a la temperatura media [J/(kg·K)].

[pic 12]        : Temperatura de salida del agua en el tubo [K].

[pic 13]        : Temperatura de entrada de agua en el tubo [K].

Es posible obtener el calor perdido o disipado al ambiente teórico, a través de la siguiente expresión:

[pic 14]                                   (2.2.2)

Donde         :

[pic 15]         : Calor perdido Teórico [W]

[pic 16]        : Coeficiente de transferencia de calor por convección libre para el aire. [W·m-2 K-1].

[pic 17]        : Área del manto de la carcasa del condensador o intercambiador de calor [m2].

[pic 18]        : Temperatura media de la carcasa del condensador o intercambiador de calor [K].

[pic 19]        : Temperatura del ambiente del sistema de experimentación [K].

        Y el área de manto de la carcasa a través de la expresión:

...