La condensación por película es susceptible a l 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 mas 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 sobretodo 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
La práctica se realizara utilizando un condensador de haz de tubos colocado en forma vertical con las mismas características del condensador horizontal para poder comparar ambos equipos.
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
– Posibilidad del sistema de ensuciarse, que supone pérdida de calor
- Tamaño posible de la instalación
El condensador vertical instalado en el laboratorio de operaciones unitarias consta de:
- Un condensador vertical de cabezal flotante con 5 tubos BWG 18 Admiralty de 5/8 de diámetro y de una longitud de 1.5m
- , Un rotámetro con tubo de vidrio con capacidad de 19 lt/min
- Una bomba centrifuga,
- 4 indicadores de temperatura,
- 5 termopares
- 1 indicador de temperatura digital
- 1 selector de temperatura
- 2 tanques atmosféricos de 57 cm de diámetro con indicador de nivel de vidrio para el manejo de agua
- 1 tanque atmosférico de 38.5 cm de diámetro con indicador de nivel de vidrio para el manejo del condensado frío,
- un enfriador de serpentín de acero inoxidable tipo 304 para subenfriar el condensado,
- 2 manómetros de tipo Bourdon,
- Una válvula reductora de presión,
- Una trampa de vapor tipo cubeta invertida,
- Un filtro,
- Una válvula de seguridad
Instructivo de operación general del equipo
- Verificar que el sistema este cerrado
- Abrir la línea general
- Abrir las válvulas de alimentación de agua fría al tanque y al enfriador
- Abrir las válvulas desde la alimentación del agua de tanque a la bomba, la de recirculación
- Poner a funcionar la bomba
- Abrir la válvula de alimentación de agua al condensador (válvula de descarga de rotámetro) y fijar el gasto de operación
- Abrir la válvula general de vapor al equipo
- Abrir la válvula reductora de presión
- Abrir la válvula de globo
- Abrir la válvula de purga de vapor
- Purgar y cerrar válvula de purga y fijar condiciones de operación del equipo (0.5 a 1.5 kg/cm2), observando la presión en el manómetro
- Se opera el equipo hasta obtener régimen permanente, registrando las temperaturas de los indicadores hasta que permanezcan constantes
- Tomar los datos experimentales de presión, temperaturas, gastos de agua y vapor en determinado tiempo
- Cambiar las condiciones de operación (se puede cambiar la presión o gasto de agua o ambos) se opera el equipo y se busca establecer el régimen permanente
- Se obtienen los nuevos datos experimentales
Para finalizar la operación se cierra la válvula de alimentación del vapor
- Se deja funcionar el condensador de calor hasta que este se enfríe (aprox. 3-5 min.)
- Se apaga la bomba y se cierra la válvula del rotámetro
- Se cierra la válvula de alimentación del agua.
Rotametro | P | tae | tac | Tv | Tc | Tcfrío | ΔZa | θ | ΔZc |
% | Kg/m2 | ºC | ºC | ºC | ºC | ºC | m | h | m |
80 | 8000 | 27 | 41.4 | 113.3 | 110.1 | 27 | 0.161 | 0.1166 | 0.023 |
50 | 2600 | 27 | 46.9 | 113.3 | 110.3 | 27 | 0.215 | 0.1166 | 0.025 |
50 | 2600 | 27 | 43.6 | 101.7 | 98.6 | 27 | 0.198 | 0.0833 | 0.014 |
Tabla de Datos Experimentales
Secuencia de Cálculos
Determinar el gasto volumétrico del agua
Donde:
r a = | Densidad del agua | 996 kg / m3 |
Cálculo del gasto volumétrico del vapor
Cálculo del gasto masa de vapor
en donde:
r a = | Densidad del condensado frío | 996 kg / m3 |
Cálculo del calor ganado (Qa)
Donde:
Cp = | Calor específico del agua | 0.998kcal/ kgºC |
Cálculo del calor cedido (Qv)
en donde 
se obtiene de tablas de vapor a presión absoluta
λ= | Calor latente | 543.3 y 559.6 kcal/kg |
Cálculo de la eficiencia térmica del equipo
Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor
Cálculo de la media logarítmica de temperatura
En donde:
Cálculo del área de transferencia de calor
Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor teórico
Donde:
k= | Conductividad térmica del material (Tubo admiralty BWG 18 5/8) | 95.2 kcal/ mhºC |
Cálculo de los coeficientes de película interior y exterior
Película Interior
Nota: Para este cálculo las propiedades físicas se toman a temperatura media ™ del agua
Donde:
k= | Conductividad térmica del agua | 0.5393 kcal/ mhºC |
ρ= | Densidad del agua | 951 kg/m3 |
μ= | Viscosidad del agua | 2.599 Kg/mh |
Cp= | Calor especifico del agua | 0.998 kcal/ kgºC |
Cálculo de la velocidad del agua
Película exterior he
Nota: Para este cálculo las propiedades físicas se toman a temperatura de película (Tf) del vapor excepto
en donde:
Este cálculo es un aproximado de la temperatura de pared
Donde:
Las propiedades son a temperatura de película (tf) del condensado
μ= | Viscosidad del vapor | 1.2856 kg/mh |
ρ= | Densidad del vapor | 971.53kg/m3 |
k= | Conductividad térmica del vapor | 0.577kcal/ mhºC |
g= | Aceleración de la gravedad | 127137600m/h2 |
Cálculo de la desviación porcentual %D
Tablas de Resultados
R | P | Gma | Gmv | Qa | Qv | ŋ | ΔTML | Uexp | hi | he | Uteo. | D |
% | Kg/cm2 | Kg/h | Kg/h | Kcal/h | Kcal/h | % | ºC | Kcal/hm2ºC | % | |||
80 | 8000 | 338.73 | 22.87 | 4867.94 | 12426.23 | 39.17 | 77.16 | 168.4 | 361.74 | 3353.07 | 530.95 | 68.28 |
50 | 2600 | 452.34 | 24.86 | 8938.42 | 13506.78 | 66.17 | 74.32 | 321.06 | 960.06 | 3466.79 | 644.39 | 50.17 |
50 | 2600 | 583.1 | 19.48 | 9660.15 | 10905.14 | 85.58 | 64.92 | 397.25 | 1176.3 | 3145.02 | 738.48 | 46.2 |
Resultados experimentales y teóricos condensador vertical
R | P | t(ºC) | T(ºC) | Qa | Qv | ŋ | ΔTML | Uexp | hi | he | Uteo. | D |
% | Kg/ m2 |
|
| Kcal/h | Kcal/h | % | ºC | Kcal/hm2ºC | % | |||
50 | 2600 | 28 | 45 | 10335.44 | 12439.5914 | 83.98 | 63.12 | 437.814 | 1278.456 | 7582.65 | 913.57 | 52.07 |
Resultados experimentales y teóricos condensador horizontal
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Perry; Manual de ing. químico
Zara Llens
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