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“Condensador Horizontal y Vertical”
Objetivos:Determinar la efciencia térmica de cada equipoDeterminar los comportamientos que tienen los dos equipos encuenta a su tipo de condensaci n!nalizar las condiciones de operaci n del condensador "orizontaly el vertical!nalizar la efciencia térmica del condensador "orizontal conrespecto al verticalDeterminar en cada caso el coefciente #lobal de trans$erencia decalor e%perimental y te rico
&'ntesis (e rica
Condensad
¿Quéson? Funció Convierte el vapor
de su estado#aseoso al estado
Cambiador decalor latente
)os condensadores sonutilizados en lasoperaciones dedestilaci n*evaporaci n*
¿En quése usan?
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“Condensador Vertical”
Coeficientes de transferencia de calor más altos Generalmente menos costosos
Mejor distribución del vapor y eliminación dcondensadoMantenimiento costos accesibles
Ventajas
(orres de en$riamiento+adiadoresCalderas+e#eneradoresVe"'culos aeroespaciales
Se necesita de mucho espacio para este equipo
!plicacione
Desventajas
Condensador
Caracter'sticas delCondensador vertical
, Condensador Vertical de cabezal-otante con . tubos* calibre* /01 234 admiralty con una lon#itud de35. m5
di6 757389 m5
de6 7573 ; m5
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(ipo decondensados
<or 1oteo
=l vapor entraen contacto
con unasuperfce $ria
y secondensa
se pueden
$ormar aunmas #otas decondensado
=n $orma depelicula
=n la pared se$orma unapelicula de
condensado
• )os condensadores pueden entonces por lo visto en>orma vertical y "orizontal y esto depender? de la!plicaci n que se le dé* esto se defnir? por su $acilidadDe mantenimiento* el tipo de soportes estructurales y el
Costo que implica@ #eneralmente es m?s costoso unVertical5
Dia#rama de >lujo
• Operaci n del equip ACondensador Horizontal y VerticalB
)os coefcientesde
trans$erenciade calor son
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<ara fnalizar las operaciones enlos dos equipos se cierran lasv?lvulas de alimentaci n delvapor* se apa#a la bomba y secierra la v?lvula del rot?metro y
(omar datose%perimentales para operara un ré#imen permanente
>ijar condiciones deoperaci n del equipo
3 cmE;
!brir todas lasv?lvulas de la l'neade vapor de manera
!brir la v?lvula dealimentaci n delrot?metro y fjarasto de o eracion
!ccionar el bot npara poner a
$uncionar la /omba
=ner#etizar eltablero de control
!brir las v?lvulas dealimentaci n de a#ua$r'a al tanque dealimentaci n y al*
!brir las v?lvulas desdela alimentaci n* a lasucci n de la bomba* lade recirculaci n y lav?lvula de descar#a a la
Verifcar lasv?lvulas de
alimentaci nestén cerradas
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CONDENSACIÓN
Ftiles en &e usan cuando
El vapor hace contacto con una superficie con temperaturainferior a la de saturación del vapor.
Condensador de contacto directo o mezclaCondensador de superficie
El vapor a condensar y el l quido deenfriamiento se mezclan ntimamente.
El vapor que va a condensarse y el l quido deenfriamiento separados por pared metálica.
El vapor condensante no tiene!ran importancia.
"rocesos en los que serecupera el vapor.
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&e pueden
C#$%E$S&C'($ %E) *&"#+ %E &G,&
-ormar nuevas !otas de
condensado.
Se desprenden del tubo dejando elmaterial descubierto.
"uede formar !otas en lasu erficie.
En forma deEn forma de !ota
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(abla de datos =%perimentales
“Condensador Horizontal”
Lecturadel
Rot !etro
Pv T v T c T cfrio T agua T caliente "#condensa
do
$
G #cm2
C C C C C cm min
377 3 374 374 ;3 ;8 97 4 37
“Condensador Vertical”Lectura
delRot !e
tro
Pv T v T c T cfrio T agua T caliente "#condensa
do
$
G #cm2
C C C C C cm min
44 3 33 33I ;4 ;4 8I ;. 37
(abla de +esultados
Condensador "orizontal
% &!a &!' Qa Q' () "*+L
,e-.
/i /e ,teo
(D
# cm;
# " # " cal"
cal " C cal "m; C
3 3337 935J 3 I7
;;83.5J9
95.4
I953 4 75;
;743
4.;;
38.;
9J5I;
Condensador vertical
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% &!a
&!'
Qa Q' () "*+L
,e-.
/i /e ,teo
(D
#cm;
# " #"
cal"
cal " C cal "m; C
3 I.7578I.
3I597.;
;9;534;3
33;.;5943 I85;9I4
.5478
;.4547;4
39858434
83I759 J4
I 75343.
4I537J7
“C?lculos ACondensador HorizontalB”
35K C?lculo del #asto volumétrico del a#ua
Como el #asto volumétrico se encontraba al 377G nos da un #asto de 3 5.lt min
Gva =π 4
d i2 ∆ Z
θ = m3
h
Gva = 18.5 ¿min
= 1.11 m3
h
;5KC?lculo del #asto masa del a#ua5
Gma= Gv a ρa= Kg
h
Gma= 1.11 m3
h x1000 Kg
m3 = 1110 Kgh
85K C?lculo del #asto volumétrico del condensado5
Gv vc=π 4
d i2 ∆ Z
θ = m3
h
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0.385 m¿¿
Gv vc=π 4 ¿
95K C?lculo del #asto masa del condensado5
Gmvc = Gvavc ρa= Kg
h
Gmvc = 0.0419 m3
h x1000 Kg
m3 = 41.9 Kgh
.5K C?lculo del calor #enerado o absorbido por el a#ua A Q
a B
Q a= Gm a Cp (t 2− t 1)= kcalh
Q a= 1110 Kgh
x1 kcalkg℃
(40 − 23 )℃ = 18870 kcalh
45K C?lculo del calor cedido por el vapor A Qa B
Qv= Gm v λ= kcalh
Qv= 41.9 Kgh
x532.6 kcalkg
= 22315.94 kcalh
I5K C?lculo de efciencia térmica del equipo5
=Q a
Q v x100
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= 1887022315.94
x100 = 84.56
5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental5
! exp= Qa
" ∆ T #$= kcal
m2 h℃
! exp=18870 kcal
h0.3740 m2 x74.18 ℃
= 680.2 kcalm2 h℃
J5K C?lculo de la media lo#ar'tmica de la di$erencia de temperaturas5
∆ T #$ = ∆ T 1− ∆ T 2
ln ∆ T 1∆ T 2
=℃
∆ T #$ = 83− 66
ln 8366
= 74.18 ℃
375K C?lculo del ?rea de trans$erencia de calor5
" = πde$% t = m3
" = π x0.015875 x1.5 x 5= 0.3740 m2
335K C?lculo de coefciente de pel'cula interior5
hi= 0.0225 k di (¿ ρ
& )0.8
(Cp &' )
0.33
= kcalm2 h℃
hi= 0.0225 0.54546
0.0134 (0.0134 x1574 x 10002.6186 )
0.8
(1 x2.61860.53536 )
0.33
= 2061 kcalm2 h℃
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t m=t 1 +t 2
2
t m= 23 +40
2
= 31.5 ℃
3;5K C?lculo de velocidad de -ujo de a#ua5
( = Gva
5 " flu)oxtu*o=
Gva
5 π 4
di2= m
h
( =
1.11 m3
h
5 π 4
(0.0134 m)2= 1574 mh
385K C?lculo del coefciente de pel'cula e%terior
he= 0.725 ( ρ2 ' 3 λ g
% i23 de&∆T f )
14= kcal
m2 h℃
he= 0.725 ((1000 )2 x(0.57303 )3 x 532.6 x1.27 x108
523 x0.015875 x1.1242 x 37.25 )
14= 6522.9163 kcal
m2 h℃
395K C?lculo de temperatura de pel'cula A($B
T f = T v− 0.75 ∆ T f
T f = 106 − 0.75 (37.25 )= 78.06 ℃
∆ T f = T v− T ¿
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∆ T f = 106− 68.75 = 37.25 ℃
T ¿=T v+T c +t a+t acaliente
4
T ¿=106 +106 +23 +40
4 = 68.75 ℃
3.5K C?lculo del coefciente #lobal de tras$erencia de calor te rico5
! teo= 1
de
hidi+ ede
Kdm+ 1
he
= kcalhm2
℃
! teo= 1
0.01582061 x0.0134
+ 0.00124 x 0.01587597 x0.0146
+ 16522.9163
= 1352.7352 kcalhm2
℃
345K C?lculo de la desviaci n porcentual del coefciente e%perimental5
+, =! teo − ! exp
! teo x100
+, = 1352.7352 − 680.21352.7352
x100 = 49.72
“C?lculos ACondensador VerticalB”
35K C?lculo del #asto volumétrico del a#ua5
Gva =
π 4∗di 2∗∆ Z
θ
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Lso del c?lculo directo que nos dice que el rot?metro al 377G nos da un #astode 3J lt min as' que para un 44G del rot?metro tenemos que:
1000 <¿= 0.7524 m3
hr
Gva =0.6∗19 ¿
min1
= 12.54
¿min∗60 min1 hr
∗1 m3
¿
;5K C?lculo del #asto masa de a#ua5
Gma= Gv a∗ ρa
Gma= 0.7524 m3
hr∗996.86 kg
m3 = 750.0375 kgh r
85K C?lculo del #asto volumétrico del condensado5
Gv vc=
π 4∗di 2∗∆ Z
θ = m3
hr
Gv vc=
π 4∗(0.385 m)2∗0.025 m
10 min ∗60 min
1 hr = 0.01746 m3
h r
95K C?lculo del #asto masa de vapor5
Gmvc = Gvvc∗ ρa=kghr
Gmvc = 0.01746 m3
hr∗996.86 kg
m3 = 17.4052 kgh r
.5K C?lculo del calor #anado o absorbido por el a#ua AMaB5
Q a= Gm a∗C p∗(t 2− t 1)= kcalh r
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Q a= 750.0375 kgh r∗0.999 kcal
kg∗ K ∗(37− 26 ) K = 8242.1621 Kcal
h r
45K C?lculo del calor cedido AMvB5
Qv= Gm vc∗ λ= kcalh r
Qv= 17.4052 kghr∗646.5 kcal
kg = 11252.4618 kcal
h r
I5K C?lculo de la efciencia térmica del equipo5
= QaQv∗100
=8242.1621 Kcal
h r
11252.4618 kcalh r
∗100= 73.2476
5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor e%perimental5
! exp= Qa
" ∆ T #$
= kcalm2 h-C
! exp=8242.16 Kcal
h r(0.3741 m2)∗(85.8603 ℃ )
= 256.6026 Kcalh r∗m2
∗℃
J5K C?lculo de la media lo#ar'tmica de la di$erencia de temperatura5
∆ T #$ =∆ T 1− ∆ T 2
ln(∆T 1∆T 2)
= - C
∆ T #$ = 92℃ − 80℃
ln(92℃80℃ )
= 85.8603 ℃
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Donde:
∆ T 1= T 1 − t 1 = T v − t a
∆ T 1= 118 ℃ − 26℃ = 92℃
∆ T 2= T 2− t 2= T c− t acaliente
∆ T 2= 117 ℃ − 37℃ = 80℃
375K C?lculo del ?rea de trans$erencia de calor5
" = π ∗de∗ $∗ % t = m2
1∈¿∗1.5 m∗5= 0.3741 m2
" = π ∗0.625 ∈¿ 0.0254 m¿
335K C?lculo del coefciente de la pel'cula interior5
hi=
0.0225 ∗ k di
∗ (d i∗ v∗ ρ & )
0.8
∗(Cp ∗ &' )
0.33
=kcal
h r∗ m2∗ -C
0.527 ∈¿
0.0254 m1∈¿∗1069.3017 ∗996.25 kg
m3
2.7828 kgm∗hr
¿¿¿
0.527 ∈¿ 0.0254 m1∈¿ ∗¿
hi=0.0225 ∗5.3517
cal
hrcm-C
∗1 Kcal
1000 cal ∗100 cm
1 m¿
h i= 1438.3616 Kcalh r∗m2
∗℃
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Donde las propiedades $'sicas se evalNan a temperatura media del a#ua:
tm=t 1+t 2
2
tm= (26 +37 )- C 2
= 31.5 - C
3;5K C?lculo de la velocidad de -ujo del a#ua5
v= Gva
5∗ " flu)o=
Gva
5∗(π 4∗di 2)
= mh r
1∈¿0.527 ∈¿ 0.0254 m
¿¿
π 4∗(¿2¿)= 1069.3017 m
hr5∗¿
v=0.7524 m3
hr¿
385K C?lculo del coefciente de pel'cula e%terior5
he= 0.0084 ∗( Gm vc
&∗de )0.4
∗( ρ2∗' 3∗g
&2 )13 = kcal
h r∗m2∗- C
he= 0.0084 ∗( 17.4052 kgh r
1.2024 kgm∗hr
∗0.015875 m)0.4
∗((968.39 kgm3)2∗(0.5677 Kcal
h r∗m∗℃ )3∗1.2714 x108
(1.2024 kgm∗hr )
2 )13
he = 3170.4896 kcalh r∗m2
∗℃
Donde las propiedades $'sicas se evalNan a ( $ 5
395K C?lculo de la temperatura de pel'cula A( $ B5
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T f = Tv− 0.75 .T f
.T f = T v− T ¿
T ¿= T v+T c +t a+t acaliente
4
T ¿=(118 +117 +26 +37 )℃
4 = 74.5 ℃
.T f = 118 ℃ − 74.5 ℃ = 43.5 ℃
T f = 118 ℃ − 0.75∗43.5 ℃ = 85.375 ℃
3.5K C?lculo del coefciente #lobal de trans$erencia de calor te rico5
! teo= 1
dehi∗di
+ e∗de K ∗dm
+ 1he
= kcalh r∗m2
∗- C
! teo=
1
0.015875 m
1438.3616 Kcal
h r∗ m2∗ ℃
∗ 0.0133858 m
+0.0012446 m∗ 0.015875 m
95.2 Kcal
h r∗ m2∗ ℃
∗ 0.0146304 m
+1
3170.4896 kcal
hr ∗ m2∗ ℃
! teo= 780.1615 kcalh r∗m2
∗℃
345K C?lculo de la desviaci n porcentual GD de los coefcientes e%perimentales5
, =! teo − ! exp
! teo∗100
, =780.1615 kcal
h r∗m2∗℃
− 256.6026 Kcalh r∗m2
∗℃
780.1615 kcalh r∗m2
∗℃
∗100= 67.1090
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CO C)L&PO =&
Observaciones
• Durante la operaci n de los equipos $ue necesario abrir completamentetodas las v?lvulas para que el vapor no se presurizara5 !s' mismo sedebi cuidar la presi n en el equipo para no provocar un accidente5
• =l ré#imen permanente tard m?s en presentarse en el condensadorvertical5 =n el condensador "orizontal la trans$erencia de calor es m?sr?pida5
• )as ventanas de los equipos nos permitieron observar claramente lostipos de condensaci n que se presentan5
• =s de suma importancia pur#ar la l'nea del vapor as' como abrir lav?lvula re#uladora de presi n para controlar esta Nltima variable5
Conclusiones
Durante la pr?ctica realizada se trabaj con un condensador "orizontal y unovertical5 =n ambos se pudieron observar los di$erentes tipos de condensaci nque se pueden dar en los -uidos* de #ota en el condensador "orizontal y depel'cula en el vertical5
! pesar de que no se trabaj con el mismo porcentaje del rot?metro en ambosequipos* con los c?lculos se observa claramente que la efciencia delcondensador "orizontal es mayor que la del vertical5 Con esto se comprueba laparte te rica* la cual nos dice que la condensaci n en $orma de #oteo est?asociada con los valores m?s altos de trans$erencia de calor debido a quecon$orme se $orma la #ota de condensado* esta cae y permite queinmediatamente se $orme otra #ota de condensado5 )o anterior no ocurre en lacondensaci n en $orma de pel'cula ya que al estar el condensador en posici nvertical "ace las #otas $ormen una pel'cula a lo lar#o de los tubos y dic"apel'cula in-uye en la trans$erencia de calor as' como "ace que se $orme unamayor cantidad de sales a lo lar#o de los tubos del condensador5
<or otra parte se observa que la cantidad de calor absorbido por parte delcondensador "orizontal es poco m?s del doble que se absorbe en el vertical*con lo cual se comprueba de nuevo la teor'a5
>inalmente se not que la desviaci n porcentual de los coefcientes #lobalese%perimentales del condensador "orizontal es menor que la del condensadorvertical5 =sto nos indica que el condensador "orizontal est? m?s cerca del valorte rico esperado y es por ello que es el condensador que m?s se usa en laindustria* aparte de ser m?s barato que el vertical puesto que su instalaci n ymantenimiento no son muy complicados5
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)os coefcientes #lobales de trans$erencia de calor son muy importantes puestoque nos en#loban a los coefcientes de pel'cula interior* e%terior y el espesordel material por el que se realiza la trans$erencia de calor5 =l coefciente depel'cula es la medida del -ujo de calor por unidad de superfcie y por unidad detemperatura* es decir nos dice como -uye el calor por una parte del material*
el interior corresponde a la trans$erencia de calor de a#ua al tubo y el e%teriordel tubo $r'o al vapor que busca condensarse5 >ue una pr?ctica muyenriquecedora y nos permiti apreciar la trans$erencia de calor en al#unos delos equipos m?s utilizados en la industria5
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