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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
MATERIA: Laboratorio Experimental Multidisciplinario III
TRABAJO: Previo intercambiador de tubos y coraza 1
Alumno:
Molina González Javier
CARRERA: 118 - INGENIERÍA QUÍMICA
GRUPO: 2501 A
PROF: MARIA ELENA QUIROZ MACIAS
1.- Explique que es un intercambiador de calor.
Es un equipo de proceso en el que circulan generalmente dos fluidos en condiciones de temperatura diferentes, uno por el lado tubos y el otro por el lado coraza, con el fin de intercambiar calor a través de las paredes metálicas de los tubos de transferencia, sin que ocurra un contacto directo entre ellos. Lado tubos Llamamos así a los conductos por donde circula el fluido que pasa por el interior de los tubos de transferencia. Lado coraza o lado envolvente Se llama así al conducto por donde circula el fluido que baña a los tubos de transferencia. Presión de operación (Po) También conocida como presión de trabajo. Se define como la presión manométrica a la cual está sometido un equipo en condiciones normales de operación. Debemos tener presente que en el caso de los cambiadores de calor, se manejan dos presiones de operación, una por el lado de tubos y la otra por el lado de la coraza.
2.- Mencione los mecanismos en virtud de los cuales se transfiere el calor y explique en que consisten.
Conducción: Es la transferencia de calor a través de un material fijo.
Convección: Es la transferencia de calor entre partes relativamente calientes y frias de un fluido por medio de mezcla.
Radiación: Este mecanismo se refiere a la transferencia de energía radiante desde una fuente a un receptor en el que parte de la energía la absorbe el receptor y parte es reflejada por el.
3.- Mencione 3 diferentes tipos de cambiadores de calor e indique las diferentes clasificaciones y mencione los más comunes.
4.- Establezca que ecuaciones empleara para calcular experimentalmente el coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador empleado.
5.- Especifique que correlación utilizara para el cálculo teórico del coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador empleado.
Como la pared es delgada y el material es un buen conductor de calor es despreciable su resistencia térmica y el coeficiente global de trasferencia queda:
Uo=(hio*ho)/(hio+ho)
6.- Explique de que dependen los coeficientes de transferencia de calor.
Los factores que afectan al transporte por conducción se pueden ver en la ecuación de transferencia de calor.
Q = K A m(ΔT)
Calor = (Coeficiente de transferencia global de calor) (Área) (masa)(Cambio de temperatura)
El coeficiente de transferencia de calor K depende de varios factores que se calculan como:
(1/K) = (1 / ∑ (1/ k )) es decir como la suma inversa (resistencias) de todos los elementos distintos que constituyen al sólido y que permiten la transferencia de calor.
Los factores que afectan al coeficiente de transferencia de calor por conducción y radiación están:
La densidad, los materiales que están densamente empaquetados permiten que exista mayor área efectiva de conducción. Las resistencias por ensuciamiento se deben a la precipitación de sales y substancias que se depositan en las paredes internas y externas formando una capa.
El transporte de calor por radiación tiene un papel menos importante pero se realiza mediante emisión de energía radiante en forma de fotones del espectro infrarrojo y su importancia crece al aumentar la temperatura.
7.- ¿Que datos deberá tomar durante su experimentación?
Flujo volumétrico, tiempo, temperatura de fluido caliente a la entrada y salida al igual que el fluido frio, presión.
8.- Explique si la relación L/D influye en la transmisión calorífica y porque.
Son valores que afectan directamente el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor y al modificarlos cambia totalmente.
U_exp=Q/(A*LMTD)
A=n_Tubos*L_Tubos*a
a=superficie por pie lineal
9.- Indique entre que valores deben estar comprendidos los coeficientes globales para el sistema agua-vapor.
Valores aproximados de los coeficientes totales para diseño los valores incluyen un factor de obstrucción total de 0.003 y caída de presión permisible de 5 a 10 lb/in2
Fluido caliente Fluido frio UD total
Vapor de agua Agua 200-700
*factor de obstrucción 0.001
10.- Investigue el nombre de las variables que intervienen en cada uno de los siguientes números adimencionales; Re, St, Nu, Pr, Pe y Gz.
Re: Reynolds
Relaciona los efectos inerciales y viscosos debido al movimiento del fluido.
Re=DG/μ
Nu: Nusselt
Este número relaciona la transferencia de calor total (molecular y turbulento) con la transferencia de calor por transporte molecular.
Nu=hD/k
Pr: Prandtl
Representa la capacidad del fluido para difundir momentum y energía interna por mecanismos moleculares y relaciona los perfiles de velocidad y temperatura.
Pr=Cpμ/k
Gz: Graetz
Relaciona la transferencia de calor para flujo laminar en fluidos que circulan dentro de tubos.
Gz=π/(4RePr(di/L))
Bibliografía
Donald Q. Kern, Procesos de transferencia de calor, Editorial Continental, S.A. de C.V, México
James R. Welty, Transferencia de calor aplicada a la ingeniería, Editorial Limusa, S.A. de C.V, México
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
MATERIA: Laboratorio Experimental Multidisciplinario III
TRABAJO: Previo intercambiador de tubos y coraza 1
Alumno:
Molina González Javier
CARRERA: 118 - INGENIERÍA QUÍMICA
GRUPO: 2501 A
PROF: MARIA ELENA QUIROZ MACIAS
1.- Mencione las diferencias en magnitud de las propiedades para líquidos y para gases.
La diferencia que hay respecto a las magnitudes son laViscosidad, la densidad, el Cp y la k son mayores en los liquidos en comparación con los gases.
2.- Explique que influencia tienen los diferencias mencionadas en el punto anterior en los coeficientes individuales de transferencia de calor de los gases con los líquidos.
Que en los liquidos el coeficiente en los liquidos es mayor respecto a los gases.
3.- Especifique que ecuación utilizara para el cálculo experimental del coeficiente global de transferencia de calor para el cambiador utilizado.
U_exp=Q/(A*LMTD)
Q_vapor=Q_Agua
Q=m ̇∆H
A=n_Tubos*L_Tubos*a
a=superficie por pie lineal
LMTD=(∆T_2-∆T_1)/ln((∆T_1)/(∆T_2 ))
4.- Que datos deberá tomar en su experimentación para el cálculo del coeficiente?
Flujo volumétrico, tiempo, temperatura de fluido caliente a la entrada y salida al igual que el fluido frio, presión.
5.-
6.- Indique entre que valores deberá estar comprendió el coeficiente de transferencia de calor para el sistema aire-vapor
Valores aproximados de los coeficientes totales para diseño los valores incluyen un factor de obstrucción total de 0.003 y caída de presión permisible de 5 a 10 lb/in2
Fluido caliente Fluido frio UD total
Vapor de agua Gases 5-50
*estas tasas estas influenciadas principalmente por la presión de operación
7.- Mencione y describa las diferentes trampas de vapor y sus aplicaciones.
Las trampas de vapor son un tipo de válvula automática que filtra el condensado y gases no condensables como lo es el aire esto sin dejar escapar al vapor. En la industria, el vapor es regularmente usado para calentamiento o como fuerza motriz para un poder mecánico. Las trampas de vapor son usadas en tales aplicaciones para asegurar que no se desperdicie el vapor.
Trampas tipo Flotador:
Son trampas mecánicas de operación continua, poseen un flotador que emplea la densidad del agua logrando así evacuar el condensado. Usualmente vienen provistas de eliminador de aire, poseen gran capacidad, son algo voluminosas, pueden verse afectadas por golpe de ariete, por lo cual preferiblemente deben instalarse en sistemas donde la válvula de control no favorezca la acumulación de condensado cuando este cerrada por ser de drenaje continuo son muy eficientes en cualquier aplicación. Por su principio de operación elimina el condensado de forma continua, es la más adecuada en procesos continuos y donde se requiere un estricto control de temperatura.
Trampas tipo Balde Invertido:
Al igual que la tipo flotador es una trampa mecánica que emplea la densidad como principio de operación, a diferencia del tipo flotador es una trampa intermitente, requiere de un sello de agua para garantizar hermeticidad, por lo cual previo a entrar en operación hay que llenarlas de agua, en el balde posee un pequeño agujero que sirve para descargar el vapor preso y gases incondensables, cuando la trampa no está descargando, se ve afectada por presencia de aire y si el pequeño agujero se obstruye la trampa se bloquea. El instalar un eliminador de aire en paralelo favorece su operación. Es bastante robusta y puede soportar golpes de ariete.
Trampas Termostáticas tipo Bimetálicas:
Las trampas bimetálicas emplean como principio de operación el coeficiente de dilatación de los metales correlacionándola con la curva de vapor. Para este caso se emplean láminas de dos metales con diferente coeficiente de dilatación (uno mayor que otra), las cuales se soldan superponiendo una sobre otra al calentarse ambas tratan de dilatarse pero al crecer una más que otra se genera un encurvamiento. Se eligen materiales tal que el efecto de dilatación se genere siempre antes de la temperatura de vapor saturado a las diferentes presiones del sistema. En aplicaciones es muy similar a la trampa de presión balanceada, pero el diferencial menor es de -20 C, por lo cual en instalaciones similares trabajan con sistemas de calentamiento con temperaturas mucho más bajas o en purgas de línea con una longitud mínima de 2.5 metros alejada del colector. Por principio de operación eliminan aire y gases no condensables, soportan golpes de ariete y son muy compactas.
Trampas tipo Termodinámica:
Emplea como principio de operación las propiedades termodinámicas del agua. La trampa sólo posee una parte móvil que es un disco el cual se mueve de manera vertical haciendo una función de obturador y check a la vez. El disco es levantado del asiento por acción del condensado que llega a la presión de vapor del sistema y es retenido en la parte superior por la tapa la cual posee un resalto, cuando el vapor se va acercando a la trampa se genera una aceleración del flujo de condensado, dando como efecto una caída de presión ejercida sobre la cara del disco en contacto con el condensado, esto trae como consecuencia que la trampa cierre. Cuando el condensado es descargado pasa a un sistema de menor presión (línea de retorno de condensado), por lo cual para co-existir se revaporiza parte de este condensado generando vapor flash, que actúa sobre la cara posterior del disco asegurando su cierre. Para que vuelva a abrir la trampa, el revaporizado cede parte de su energía al ambiente y se condensa generando una reducción en la presión del flash y por ende disminuye la fuerza de cierre, originándose nuevamente el ciclo de descarga.
Debido a su construcción es muy robusta y soporta golpe de ariete. Como es intermitente, su aplicación se limita a sistemas donde no se requiere un control estricto de la temperatura, su principal aplicación se da en drenaje de líneas, distribuidores de vapor o en sistemas de bajo régimen de consumo de vapor. Se ve afectada por el aire pues no lo diferencia del vapor originando que se pueda bloquear.
Bibliografía
Donald Q. Kern, Procesos de transferencia de calor, Editorial Continental, S.A. de C.V, México
James R. Welty, Transferencia de calor aplicada a la ingeniería, Editorial Limusa, S.A. de C.V, México
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