Presentacin de resultados

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN

LEM INGENIERIA QUIMICA I

ANA MARIA SOTO BAUTISTA

REPORTE DE PRCTICA:

BALANCE EN INTERCAMBIADOR DE TUBOS Y CORAZA

HERNANDEZ PEREZ VERONICA

MARTINEZ ESCOBAR EMMA

PASTEN PEREZ LUIS HERNANDEZ

RIVERA VALDIVIA BIANNI

VIDAL ACOSTA YESSENIA

NOVIEMBRE18 DEL 2008. CUAUTITLAN IZCALLI, MEXICO.

INDICE

Pgina

Introduccin3

Generalidades

4

Diagrama de flujo

6Presentacin de resultados

9Observacin y anlisis de resultados

11Memoria de clculo

11Conclusiones

12Bibliografa

12INTRODUCCION

Los intercambiadores de Calor son aparatos que permiten el calentamiento o enfriamiento de un fluido (lquido o gas) por medio de otro fluido a diferente temperatura y separado por una pared metlica. La mayora de las industrias qumicas la trasmisin de calor se efecta por medio de intercambiadores de calor y el ms comn de todos es el formado por dos tubos concntricos, por uno de los cuales pasa el lquido a enfriar y por otro se hace circular la corriente refrigerante.

La transferencia de energa de un cuerpo que tiene ms al que tiene menos como definicin de calor esta presente en todo y desde siempre, se pueden mencionar varios ejemplos de estos fenmenos como el descongelamiento o el simplemente quemarse por tocar algo caliente, en este campo hay varios conceptos que no son muy comunes que se han descubierto empricamente y con el paso del tiempo se han estudiado para que como todo sacar provecho de esta propiedad.

Aunque esto sea tan cotidiano y comn hay ms detrs de este tema que solo saber que existe o presenciarlo, por ejemplo la medicin, como se mide, hasta que punto deja de haber calor en un sistema, en que medios se puede manifestar, en fin todo esto se desprende de el calor que para nosotros como ingenieros qumicos es nuestra obligacin tener conocimiento y lo obtendremos con un procedimiento experimental con equipo adecuado, anotando observaciones y encontrando relaciones de lo que se puede medir.

De este tema se desprenden varios campos pero nos limitaremos a la medicin del calor, se sigui un proceso experimental el cual arrojo datos que se anotaron en tablas, se calculo el calor perdido en el sistema, se anexa una memoria de calculo que se analizaron y finalmente expondremos las conclusiones finales.

GENERALIDADES

Intercambiador de Calor.

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estn separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

El calor puede transferirse por conduccin, conveccin y/o radiacin.

Transmisin de calor por conduccin: La conduccin de calor es un proceso de transferencia de energa trmica que tiene lugar en los medios materiales entre zonas de diferente temperatura. Cuando las molculas absorben energa trmica vibran alrededor de sus posiciones medias, aumentan la amplitud de la vibracin y, por lo tanto, aumentan su energa cintica. La conduccin puede darse en cualquier estado de agregacin de la materia, pero no en el vaco. Transmisin de calor por conveccin: Cuando un fluido circula en contacto con un slido, por ejemplo por el interior de una tubera, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor. Esta transmisin de calor se debe al mecanismo de conveccin.Dependiendo de si el movimiento del fluido es natural o forzado artificialmente, se distinguen dos tipos: conveccin libre (tambin llamada natural) y conveccin forzada. La conveccin forzada implica el uso de algn medio mecnico, como una bomba o un ventilador, para provocar el movimiento del fluido. Ambos mecanismos pueden producir un movimiento laminar o turbulento del fluido.

Tambin podemos encontrar diferentes tipos de intercambiadores de calor esto debido a las necesidades de cada operacin.Tipos de intercambiadores de calor: Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos, se puede realizar una clasificacin dependiendo de su construccin. Para la eleccin del mismo se consideran aspectos como tipo de fluido, densidad, viscosidad, contenido en slidos, lmite de temperaturas, conductividad trmica, etc.

De placas: formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor. El sellado de las placas se realiza mediante juntas o bien pueden estar soldadas.

De haz tubular: formados por un haz de tubos corrugados o no, realizado en diversos materiales. El haz de tubos se ubica dentro de una carcasa para permitir el intercambio con el fluido a calentar o enfriar.

Tubo aleteado: se compone de un tubo o haz de tubos a los que se sueldan aletas de diferentes tamaos y grosores para permitir el intercambio entre fluidos y gases. P. ej., radiador de un vehculo.

Superficie rascada: muy similar al tubular, con la particularidad de ubicar dentro del tubo un dispositivo mecnico helicoidal/circular (Waukesha Cherry-Burrell Votator, Alfalaval Contherm) o lineal (HRS Spiratube Unicus) que permite el paso del fluido que, por sus caractersticas, impide un trasiego normal con los medios de bombeo habituales.

Clasificacin por la distribucin de flujo. Tenemos cuatro tipos de configuraciones ms comunes en la trayectoria del flujo.

En la distribucin de flujo en paralelo, los fluidos caliente y fro, entran por el mismo extremo del intercambiador, fluyen a travs de l en la misma direccin y salen por el otro extremo.

En la distribucin en contracorriente, los fluidos caliente y fro entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas.

En la distribucin en flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.

En la distribucin en flujo cruzado de paso mltiple, un fluido se desplaza transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido.

Intercambiadores de calor de coraza y tubos: Las unidades conocidas con este nombre estn compuestas en esencia por tubos de seccin circular montados dentro de una coraza cilndrica con sus ejes paralelos al aire de la coraza.

Aplicaciones industriales frecuentes

Entran a formar parte de cualquier proceso donde se requiera intercambio trmico. Cabra destacar:

Industria alimentaria: enfriamiento, termizacin y pasteurizacin de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azcar, aceite, etc.

Industria qumica y petroqumica: produccin de combustibles, etanol, biodisel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, plantas de cogeneracin, etc.

Industria del aire acondicionado: cualquier proceso que implique enfriamiento o calentamiento de los gases.

Calefaccin y energa solar: produccin de agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, produccin de agua caliente mediante paneles solares, etc.

Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante el empleo del agua del mar.

Por ello es que es importante conocer el manejo adecuado de un intercambiador de calor, ya que en la industria es muy comn encontrarse con estos equipos, en industrias como las ya mencionadas.

Entrada del fluido fro

Salida del fluido Entrada del fluido caliente

caliente

Salida del fluido fro

Intercambiadores de Tubos y coraza Cuando de manejan flujos mas grandes se usa un intercambiador de tubos y coraza, que es el tipo ms importante en las industrias de proceso. Los flujos de estos intercambiadores son continuos.

Se usan muchos tubos en paralelo con uno de los fluidos circulando en su interior. Los tubos, distribuidos en forma de manojo, estn encerrados en una sola coraza y el otro fluido fluye por el exterior de los tubos, dentro de la coraza.

Consisten en un grupo de tubos de metal (o vidrio) alineados y unidos todos a una placa metlica llamada espejo, este grupo de tubos constituye el banco de tubos el cual se encuentra alojado dentro de un tubo llamado coraza o envolvente.

Cuando se realizan los balances de materia y energa en el I. C. se va a obtener por conveccin de signos, el calor que fluye de los alrededores al sistema es positivo y el que fluye en sentido contrario resulta negativo.

CALOR: Es el flujo total de energa que se transmite de un sistema a otro, mediante la diferencia de temperaturas.

ENTALPIA: H=Cp(T

Balance de energa en el intercambiador de calor (H )ent- (H)sal+Q=0

Vapor saturado: Es cuando el vapor se encuentra exactamente en el punto de ebullicin que corresponde a la presin del lugar donde estamos

Vapor sobrecalentado: Vapor que esta a mayor temperatura del punto de ebullicin a una presin dada

La calidad de un vapor: La fraccin masa o molar del sistema que es vapor xv se conoce como calidad

El calor latente de vaporizacin: Calor que permite llevar a cabo el cambio de fase a vapor

Descripcin de actividades realizadas

1.- Se solicito al almacn el material requerido que se encuentra descrito en el manual para el desarrollo de la prctica.

2.-Se procede a abrir la vlvula del vapor para que el equipo se comience a calentar.

3.-Ya estando el equipo en condiciones de trabajar se hizo pasar la corriente de agua helada por medio del intercambiador de calor desde el flujo mximo entrante que es de 20 LPM y a una presin de vapor promedio.

4.-Se comenz a dejar a trabajar el equipo en las condiciones requeridas por un cierto tiempo observando la variacin de las temperaturas de entrada y de salida.

5.-Despues de un tiempo transcurrido y observando las temperaturas de entrada y salida as como la presin permanecen constantes se procede a registrar los estos datos.

6.-Posteriormente procedimos a medir el condensado en el equipo este lo hicimos abriendo la vlvula de liberacin de condensado y capturando el liquido en una probeta de 2lt midiendo en cuanto tiempo se alcanzaba el flujo de 2lt de condensado en la probeta y se registraron datos.

7.-Ya registrados todos los datos obtenidos del equipos se procedi a reducir el flujo de agua a 16LPM esperando a que las condiciones del equipo permanecieran constantes y se realizo lo mismo que se describe en los puntos 4, 5 y 6.

8.-Estas actividades descritas se realizaron variando el flujo de entrada de agua helada reducindolo en escalas descritas a continuacin: 20LPM, 16LPM, 12LPM, 8LPM y 4LPM se observaron los resultados obtenidos y se registraron.

DIAGRAMA DE FLUJO DE ACTIVIDADES REALIZADAS EN LA PRACTICA

Material

Probeta graduada de plstico de 2lt

Cronmetro

Guantes de asbesto

Equipo

El intercambiador de tubos y coraza instalado en el LEM

Descripcin del equipo:El equipo est construido de acero inoxidable 316 calibre 14 y consta de las siguientes partes:

Calentador.- corresponde a la clasificacin de tubos largos verticales. Evaporador.- es de tipo cicln y est formado por un cuerpo cilndrico, fondo cnico, tapa plana, bridas y boquillas. Condensador.- consta de dos unidades verticales del mismo tipo llamadas primera y segunda de condensacin ambas unidades semejantes entre s.

Bomba de alimentacin.- bomba centrfuga que alimenta la solucin diluida al evaporador con HP de potencia. Instrumentos de medicin

Equipo auxiliar.- el quipo auxiliar est formado por:a) Tanque colector de solucin concentrada.- situado en la parte inferior del evaporador y sirve para recoger y medir el producto (tanque cerrado) opera a 60psig y 200F.

b) Tanque colector de vapores condensados.- tanque cerrado localizado a un costado del tanque colector de solucin concentrada. Este est destinado a recolectar los vapores condensados.c) Tanque de alimentacin.- es un tanque vertical de donde se alimenta la solucin a travs de la bomba. Es de tipo atmosfrico con un dimetro de 62cm.

d) Tanque de condensado.- en este tanque se recolecta el condensado del vapor de calentamiento. Es de tipo atmosfrico, soporta temperaturas de 130C con un dimetro de 50cm.

Servicios: Agua helada Vapor

Intercambiador de tubos y coraza instalado en el LEMResultados.1.- Tabla de datos experimentales.CORRIDAFLUJO DE AGUA HELADA

[ lt/min ]VOLUMEN DE CONDENSADO

[lt]TIEMPO [s]TEMPERATURA DEL CONDENSADO[C]

1ra. corrida16234.769

2da. corrida12234.984

3ra. corrida8295.086

4ta. corrida4.981.0X

Tabla 1.1 Mediciones del condensado

X: No se pudo tomar esta lectura debido a que el agua se encontraba demasiado caliente y el volumen solo fue de 0.9 lt por lo que no se alcanzo a ver la temperatura correspondiente.

CORRIDAFLUJO DE AGUA HELADA [ l/min ]TEMPERATURA DE FLUJO DE AGUA EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR (C)PRESION DE VAPOR [Kg/cm2 ]

TENTRADATSALIDA

1ra. corrida1611580.5

2da. corrida1212720.5

3ra. corrida812800.5

4ta. corrida413900.5

Tabla 1.2 Flujos de corriente de agua

2.- Calor perdido por el condensado.

Primera corrida.

Segunda corrida.

Tercera corrida.

3.- Calor ganado por el agua.

Primera corrida.

Segunda corrida.

Tercera corrida.

4.- Calor perdido por conveccin.

Primera corrida.

Segunda corrida.

Tercera corrida.Tabla de resultados obtenidos a partir de los clculos anteriores.CORRIDACALOR PERDIDO POR EL CONDENSADO [Kcal]CALOR GANADO POR EL AGUA [Kcal]CALOR PERDIDO POR CONVECCION [Kcal]

PRIMERA -310.3670405.511695.143

SEGUNDA -191.8761325.59133.7139

TERCERA -1019.7594279.15-740.604

Tabla 4.1 Resumen de datos obtenidos en clculos

6.- Anlisis de resultados.

Se realizaron 4 corridas independientes en las cuales la variable era el flujo msico. En la primera corrida se hicieron pasar 16 litros por minuto de agua fra, medido por el rotmetro. El valor del flujo msico de vapor se desconoce hasta realizar los clculos necesarios. De la primera corrida, una vez puesto en marcha el equipo, se obtuvieron 2 litros de condensado en 34.7 segundos, a partir del cual se pudo determinar el flujo msico del condensado y a su vez, obtener el valor del flujo msico del vapor, pues mediante un balance de materia y con el conocimiento de que dentro del intercambiador no entran en contacto los fluidos y utilizando la consideracin de rgimen permanente, el valor del flujo msico de salida es igual al de entrada. La temperatura del agua de entrada y salida nos ayuda a determinar el calor ganada por esta y a su vez, perdido por la corriente de vapor. Utilizando esta lgica, se calcula el calor ganado por la corriente de agua, mediante la frmula: Qauga= m*Cp*(T2 T1). El calor perdido por conveccin es aquella diferencia entre el calor ganado por el agua y perdido por el vapor. El vapor sufre un cambio de estado en el proceso en este equipo, por lo que es conveniente considerar el calor latente agregado a la capacidad calorfica del fluido.5.- Memoria de clculo.

donde: = flujo msico del condensado [kcal] Cp = la capacidad calorfica a una

temperatura [ kcal/kg C]

T1 = la temperatura de entrada [C] T2 = la temperatura de salida [C] donde: Cp = capacidad calorfica [ kcal/kg C]

a, b y c = constantes de capacidad donde: = flujo msico de agua [kg/s] Cp = la capacidad calorfica a una

temperatura [ kcal/kg C]

T1 = la temperatura de entrada [C] T2 = la temperatura de salida [C] donde: Qconveccin= calor perdido por

conveccin[kcal/s]

Qagua= calor ganado por agua [kcal]

Qcondensado= calor perdido por el vapor

[kcal/s]CONCLUSIONES.

Mediante la operacin bsica del intercambiador de calor de tubos y coraza, se obtuvo el conocimiento y su relacin con los balances de materia y energa. Al operar el intercambiador, se observaron sus corrientes y sus condiciones (temperatura, estado fsico, presin), su utilidad principal es el intercambio de energa cintica entre dos fluidos que no entran en contacto y mediante este procedimiento, se evita el calentamiento y enfriamiento por separado de los fluidos.BIBLIOGRAFA.

Operaciones bsicas de Ingeniera Qumica, McCabe Warren L., Smith Julian C. y Harriot Peter. Ed McGraw-Hill. 4 edicin.1991.

Handbook of separation techniques for Chemicals Engineers, Schweitzer Philip A. Ed. McGraw-Hill, 1979.

Operaciones de Transferencia de Masa, Treybal Robert E., Ed. McGraw-Hill, 2 edicin, 1980.

G. V. Reklaitis, Balances de Materia y Energa, 1ra. Ed., McGraw Hill. 1998.

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