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Calentamiendo y Agitacion
Calentamiendo y Agitacion
Calentamiendo y Agitacion
Objetivo
Obtener la velocidad de transferencia de calor para un sistema de intercambio
de calor en un tanque de agitacin,
usando un enchaquetado exterior y/o
calentamiento interior mediante un serpentn.
Observacin
El calentamiento o enfriamiento de un lquido dentro de un recipiente, ya sea
trabajando por lotes o en forma continua, es un proceso industrial habitual.
Este equipo nos permiti estudiar las caractersticas de transferencia de calor
entre el fluido contenido en un recipiente y una camisa externa (enchaquetado) o un
solenoide interno (serpentn). Tambin pudimos estudiar el efecto que produce, el agitar
el contenido en este caso agua mediante el cual observamos la transferencia de calor
en un tiempo determinado y a una cierta temperatura.
Conclusin
Una vez obtenidos los datos y realizando los clculos posteriores a estos, hemos
llegado a la conclusin de que la transferencia de calor realizada mediante un proceso
de agitacin en un intercambiador de calor es mejor ya que se realiza en un menor
tiempo y se obtiene un mejor rendimiento, adems de que el intercambio de calor
puede tener una mejor transferencia de calor al aumentar la velocidad de giro del
agitador.
es un nmero de
Reynolds que resulta til para correlacionar los datos de consumo de energa. Este
mismo grupo resulta satisfactorio como variable de correlacin para la transferencia de
calor hacia encamisados o serpentines en un tanque agitado. Las ecuaciones que se
presentaran son tpicas de las que se ofrecen para este propsito.
Para el calentamiento o enfriamiento de lquidos en un tanque cilndrico con
placas deflectoras y equipado con un serpentn helicoidal y un agitador de turbina;
D a2 n
hc D c
0.17
0.67
0.37
cp
Da
Dt
0.1
Dc
Dt
0.5
(27)
D 2 n
0.76 a
2/3
1/ 3
cp
0.24
(28)
Los coeficientes de encamisado para una turbina de palas inclinadas son 0.9
veces, y para un propulsor 0.6 veces, los valores para una turbina estndar. Sin
embargo, las turbinas estndar, tienen un consumo de potencia mucho mayor.
D 2 n
K a
1/ 3
cp
0.18
(29)
2
3
Equipo a operar.
Intercambiador de calor enchaquetado con serpentn y agitador.
El calentamiento o enfriamiento de un lquido de proceso en un tanque, bien en
discontinuo, bien con alimentacin continua de producto, es prctica comn en la
industria.
Caractersticas tcnicas.
(T1)
(T2)
(T3)
(T4)
(T5)
(T6)
6. Unos conectores de acoplamiento rpido para los fluidos caliente y fro permiten
una conexin rpida al HT30X y la conversin desde la operacin con camisa de
calentamiento a la operacin con serpentn de calentamiento.
7. Recipiente montado en una base de PVC que se conecta al HT30X mediante
tuercas de mariposa.
RESULTADOS.
SERPENTIN
Sam
ple
Num
ber
Sample
Time
Elaps
ed
Time
Tem
p
T1
Tem
p
T2
Tem
p
T3
Tem
p
T4
[C]
[C]
[C]
[C]
Temp
T5
Tem
p
T6
[C]
[C]
Hot
Water
Pump
Settin
g
Hot
Water
Flowrat
e
qvh
Cold
Water
Valve
Settin
g
Cold
Water
Flowrat
e
qvc
Height
of
Overfl
ow
L
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10:32:41
10:33:11
10:33:41
10:34:11
10:34:41
10:35:11
10:35:41
10:36:11
10:36:41
10:37:11
00:01
00:31
01:01
01:31
02:01
02:31
03:01
03:31
04:01
04:31
19.6
20.6
21.4
23.0
25.3
27.5
30.2
32.7
35.2
37.7
28.0
27.6
27.2
26.7
26.4
26.0
25.7
25.4
25.0
24.6
Specific Heat
Specific Heat
Hot Fluid
Cph
[kJ/kg K]
4.179
4.179
4.179
4.179
4.179
4.179
4.180
4.180
4.180
4.180
Cold
Mass
Flow
Rate
qmc
[kg/s]
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
25.4
25.0
24.6
24.2
23.8
23.5
23.2
22.9
22.6
22.2
22.3
24.3
27.6
31.2
34.6
37.7
40.9
43.1
45.7
48.3
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
23.1
22.8
22.5
22.4
22.5
22.4
22.3
22.3
22.1
21.8
[%]
[l/min]
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
2.65
2.60
2.60
2.60
2.63
2.64
2.66
2.69
2.71
2.73
Density
Hot Fluid
Cold Fluid
Cpc
[kJ/kg K]
Hot Water
Average
Temperatur
e
[C]
Density
Cold
Fluid
[kg/m]
[kg/m]
4.182
4.181
4.181
4.180
4.179
4.179
4.178
4.178
4.178
4.178
26.69091797
26.33374023
25.89538574
25.4407959
25.09985352
24.72644043
24.45043945
24.12573242
23.78479004
23.44384766
996.6
996.7
996.8
996.9
997.0
997.1
997.2
997.3
997.4
997.4
998.3
998.1
997.9
997.5
997.0
996.4
995.6
994.8
994.0
993.1
Heat
Power
emitted
Qe
[W]
Heat
Power
absorbed
Qa
[W]
Heat
Power
lost
Qf
[W]
Overall
Efficienc
y
478.1
469.3
474.8
463.6
462.9
457.9
468.6
0.6
-1.1
0.2
0.1
0.5
-2.6
1.3
477.5
470.5
474.6
463.5
462.4
460.5
467.3
0.1
-0.2
0.0
0.0
0.1
-0.6
0.3
[%]
[l/min]
[mm]
0.00
0.01
0.00
0.00
0.00
-0.01
0.00
0.01
0.00
0.00
49
49
49
49
49
49
49
49
49
49
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Thot
Tcold
T1-T6
[C]
[C]
2.6
2.6
2.6
2.6
2.5
2.5
2.5
2.5
2.4
2.4
-3.4
-2.2
-1.1
0.6
2.9
5.1
7.9
10.5
13.0
15.9
Hot
Mass
Flow
Rate
qmh
[kg/s]
0.044
0.043
0.043
0.043
0.044
0.044
0.044
0.045
0.045
0.045
LMTD
t/m
Overall
Heat Transfer
Coefficient
U
7.0
5.7
4.3
2.2
0.0
-2.6
-5.7
2.9
3.5
4.6
9.0
0.0
-7.4
-3.5
[%]
0.000
0.000
0.000
472.5
458.5
456.5
8.8
2.2
5.4
463.7
456.3
451.2
Toma No. 10
Datos:
m= 0.024 Kg/s
Di= 0.1524m
D0 = Dext= 0.1542m
Dprom= 0.1533m
A= 0.0963 m2
hc (0.00983)=32.31
2
hc =3275.9 W /m K
A= DT L
A= ( 0.00635 ) ( 1.15 )=0.023 m2
Q=hA T
Q=( 3275.9 ) ( 0.023 ) (56.749.1)
Q=572.62 W
1.9
0.5
1.2
-8.5
-11.3
-14.3
-2.3
-1.7
-1.4
U=Q / A
U=572.62/(0.023)(10.5)
U=2371.1 W /m2 K
Intercambiador de chaqueta
Sam
ple
Num
ber
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Sample
Time
Elaps
ed
Time
Tem
p
T1
Tem
p
T2
Tem
p
T3
Tem
p
T4
Temp
T5
Tem
p
T6
[C]
10:14:33
10:15:02
10:15:32
10:16:02
10:16:32
10:17:02
10:17:33
10:18:03
10:18:33
10:19:03
10:19:33
10:20:03
10:20:33
00:01
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:01
03:31
04:01
04:31
05:01
05:31
06:01
[C]
[C]
[C]
[C]
17.1
17.4
17.3
18.0
18.7
20.4
21.7
23.5
25.3
27.0
29.4
31.3
33.3
16.9
19.0
22.4
26.3
29.5
32.8
35.5
38.1
40.7
42.9
44.9
47.4
49.2
16.9
18.1
20.6
23.9
26.7
29.6
32.1
34.6
37.1
38.7
40.9
43.5
45.6
14.2
14.2
14.3
14.3
14.3
14.4
14.4
14.4
14.5
14.5
14.6
14.6
14.7
[C]
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
133.0
14.4
14.5
14.4
14.5
14.4
14.5
14.5
14.6
14.6
14.6
14.7
14.7
14.7
Hot
Water
Pump
Settin
g
[%]
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Hot
Water
Flowrat
e
qvh
[l/min]
3.13
2.91
2.85
2.83
2.82
2.83
2.88
2.92
2.95
3.01
3.04
3.06
3.12
Cold
Water
Valve
Setting
[%]
Cold
Water
Flowrate
qvc
[l/min]
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.00
-0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Height
of
Overflo
w
L
[mm]
49
49
49
49
49
49
49
49
49
49
49
49
49
Specific Heat
Specific Heat
Hot Fluid
Cph
[kJ/kg K]
Cold Fluid
Cpc
[kJ/kg K]
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
4.192
Cold
Mass
Flow
Rate
qmc
[kg/s]
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
Hot Water
Average
Temperatur
e
[C]
Density
Hot Fluid
4.184
4.183
4.183
4.183
4.182
4.181
4.181
4.180
4.179
4.179
4.178
4.178
4.178
Heat
Power
emitted
Qe
[W]
-25331.9
-23533.8
-23072.8
-22882.2
-22842.7
-22908.8
-23283.7
-23625.6
-23835.8
-24289.2
-24505.1
-24707.9
-25100.1
73.59484863
73.59484863
73.61108398
73.64355469
73.64355469
73.67602539
73.67602539
73.70849609
73.72473145
73.72473145
73.7734375
73.8059082
73.85461426
Heat
Heat
Power
Power
absorbed
lost
Qa
Qf
[W]
[W]
0.5
0.5
1.0
0.0
1.5
3.0
2.4
-6.0
3.6
0.0
5.0
2.8
6.3
-25332.4
-23534.3
-23073.8
-22882.2
-22844.1
-22911.8
-23286.1
-23619.5
-23839.4
-24289.2
-24510.1
-24710.7
-25106.3
Density
Cold
Fluid
Thot
[kg/m]
[C]
[kg/m]
975.7
998.8
-118.7
975.7
998.7
-118.7
975.7
998.7
-118.7
975.6
998.6
-118.6
975.6
998.5
-118.6
975.6
998.1
-118.6
975.6
997.8
-118.6
975.6
997.4
-118.5
975.6
997.0
-118.5
975.6
996.5
-118.5
975.6
995.8
-118.4
975.5
995.3
-118.3
975.5
994.6
-118.2
Overall
LMTD
Efficienc
t/m
y
Datos:
Hot
Mass
Flow
[C]
Rate
qmh
[kg/s]
2.7
0.051
2.9
0.047
2.9
0.046
3.5
0.046
4.3
0.046
5.9
0.046
7.2
0.047
8.9
0.048
10.7
0.048
12.4
0.049
14.7
0.049
16.6
0.050
18.5
0.051
Overall
Heat Transfer
Coefficient
U
[%]
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Tcold
T1-T6
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
m= 0.024 Kg/s
Di= 0.1524m
D0 = Dext= 0.1542m
Dprom= 0.1533m
A= 0.0963 m2
h Dt
D N
=a a
k
1
3
)( ) ( )
Cp
k
h(0.1542)
( 0.06 ) ( 2.5 ) (994.6)
=0.74
(0.6283)
(0.656 x 103 )
h=2644.4 W / m2 K
A= DT L
A= ( 0.1533 ) ( 0.20 )=0.0963m2
Q=h AT
Q=( 2644.4 )( 0.0963 )( 49.245.6)
Q=916.76 W
)(
1
3
)(
0.656 x 103
0.483 0.656 x 103
0.14
DISCUSIN DE RESULTADOS.
En esta prctica estuvimos observando cmo opera este equipo (intercambiador
de calor mediante agitacin) y creemos que los resultados dados por el equipo pueden
variar dependiendo de las revoluciones alas que se hace girar el agitador, entre mayor
es el numero de revoluciones es mejor la transferencia de calor, y tambin se puede
ver afectado por el sistema de calentamiento, es decir si no se tiene un buen
funcionamiento de la resistencia como antes lo mencionamos en las practicas
anteriores de transferencia de calor.
Los clculos que nosotros realizamos para comprobar los datos que nos arrojo
el programa del equipo, fueron muy cercanos a estos, este programa toma los valores
exactos, mientras que nosotros redondeamos los valores, es por esto que existe una
pequea diferencia entre nuestros clculos y los del programa.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Por lo tanto hemos llegado a la conclusin de que en un equipo de transferencia
de calor con agitacin entre mayor sea el numero de revoluciones del agitador mejor
ser la transferencia de calor, adems de que se obtiene un mejor rendimiento por
medio del serpentn, que utilizando el enchaquetado. Recomendaramos que a
necesidades no previstas de intercambio de calor mediante agitacin se utilizara el
serpentn ya que es una solucin rpida y econmica y con buen funcionamiento
adems de que por lo general el enchaquetado se utiliza para mantener caliente al
liquido que contiene el recipiente, ofreciendo as el serpentn una mayor transferencia
de calor.
BIBLIOGRAFA.
C. J. Geankoplis
(cap 14)
* Manual del Ingeniero Qumico. PERRY, Robert H. McGraw Hill. 6t.a. Edicin.
* Operaciones Bsicas de Ingeniera Qumica. McCABE, W