Calentamiendo y Agitacion

7/17/2019 Calentamiendo y Agitacion

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METODOLOGÍA EXPERIMENTAL.

Objetivo

Obtener la velocidad de transferencia de calor para un sistema de intercambiode calor en un tanque de agitación, usando un enchaquetado exterior y/ocalentamiento interior mediante un serpentín.

Observación

El calentamiento o enfriamiento de un líquido dentro de un recipiente, ya sea

trabajando por lotes o en forma continua, es un proceso industrial habitual.

Este equipo nos permitió estudiar las características de transferencia de calor

entre el fluido contenido en un recipiente y una camisa externa enchaquetado! o un

solenoide interno serpentín!. "ambi#n 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.

Conclsión

$na ve% obtenidos los datos y reali%ando los c&lculos posteriores a estos, hemos

llegado a la conclusión de que la transferencia de calor reali%ada mediante un proceso

de agitación en un intercambiador de calor es mejor ya que se reali%a en un menor

tiempo y se obtiene un mejor rendimiento, adem&s de que el intercambio de calor

puede tener una mejor transferencia de calor al aumentar la velocidad de giro del

agitador.

! EC"ACIONE# "TILI$ADA# % MARCO TE&RICO'

'as superficies de transferencia de calor, que pueden estar en forma de

enchaquetado para calentamiento o enfriamiento, o bien en forma de serpentines

tubulares sumergidos en el líquido, se utili%an con frecuencia en los tanques agitados.



(oeficiente de transferencia de (alor.

En un tanque agitado, el grupo adimensional

µ ρ /n Da

es un n)mero de

*eynolds que resulta )til para correlacionar los datos de consumo de energía. Este

mismo grupo resulta satisfactorio como variable de correlación para la transferencia de

calor hacia encamisados o serpentines en un tanque agitado. 'as ecuaciones que se

presentaran son típicas de las que se ofrecen para este propósito.

+ara el calentamiento o enfriamiento de líquidos en un tanque cilíndrico con

placas deflectoras y equipado con un serpentín helicoidal y un agitador de turbina

b

wt

c

t

a pacc

D

D

D

D

k

cn D

k

Dh

=

µ

µ µ

µ

ρ 5.01.037.067.0

2

17.0 -!

El exponente b de la relación de viscosidades reportada es mayor para líquidos

ligeros que para aceites viscosos, pero se ha sugerido que un valor de .-0 es

consistente con la siguiente ecuación para el coeficiente del encamisado. 'os

coeficientes del serpentín para una turbina de palas inclinadas son aproximadamente

.12 veces, y para un propulsor . veces, los valores para una turbina est&ndar del

mismo di&metro.

+ara la transferencia de calor hacia o desde el encamisado de un tanque con

placas deflectoras, se aplica la siguiente ecuación cuando se utili%a una turbina

est&ndar.

24.03/13/22

76.0

=

w

pat j

k

cn D

k

Dh

µ

µ µ

µ

ρ

-1!

'os coeficientes de encamisado para una turbina de palas inclinadas son .3

veces, y para un propulsor .4 veces, los valores para una turbina est&ndar. 5in

embargo, las turbinas est&ndar, tienen un consumo de potencia mucho mayor.



(uando el líquido es muy viscoso, se utili%a un agitador de &ncora, que se

despla%a con bajas velocidades y muy peque6a separación sobre toda la superficie de

transferencia de calor. 'os datos para agitadores de &ncora se correlacionan bien con

la ecuación

18.03/12

=

w

p

a

at j

k

cn D K

k

Dh

µ

µ µ

µ

ρ

-3!

donde 789., a 8 : para 9;*e;< dónde 78.<4, a 83

2

para <;*e;0 .

(uando un líquido se calienta en un tanque agitado mediante un vapor quecondensa en el encamisado, el coeficiente de transferencia de calor se determina a

partir de las correlaciones para la condensación de película que aparece en la figura

2.9. (uando se utili%a vapor de agua, la resistencia que controla es generalmente la del

líquido en el tanque.

E(i)o a o)erar.

Interca*bia+or +e calor enc,a(eta+o con ser)ent-n a/ita+or.

El calentamiento o enfriamiento de un líquido de proceso en un tanque, bien en

discontinuo, bien con alimentación continua de producto, es pr&ctica com)n en la

industria.

(aracterísticas t#cnicas.



El accesorio consta de un recipiente con camisa de las siguientes características=

9. El recipiente consta de una pared de acero inoxidable con base de +>( y tapa

de material acrílico transparente. $na camisa externa de vidrio permite rodear la

pared del recipiente de fluido caliente para el calentamiento indirecto desde

fuera. ?lternativamente, un serpentín de acero inoxidable instalado dentro del

recipiente permite calentar indirectamente desde dentro el fluido frío contenido

en el recipiente.

-. El recipiente incorpora un agitador de velocidad variable y un deflector que

permiten un me%clado completo del contenido del recipiente si se requiere.

<. $n rebosadero ajustable permite variar el volumen de líquido del recipiente con

capacidad m&xima de - litros y capacidad mínima de 9 litro.

0. El recipiente puede funcionar por lotes simplemente llen&ndolo hasta el

rebosadero, o con alimentación continua de líquido frío a la base del recipiente,

en cuyo caso cualquier exceso de líquido fluye del rebosadero al desag@e.

2. 'as temperaturas se miden usando termopares tipo 7 con conector miniatura

para su conexión directa a la consola el#ctrica del A"<B. Aay termopares

instalados en los seis puntos siguientes=



(ontenido del recipiente fluido frío! "9!Entrada del fluido caliente a la camisa "-!5alida del fluido caliente de la camisa "<!Entrada del fluido caliente al serpentín "0!

5alida del fluido caliente desde el serpentín "2!Entrada del fluido frío al recipiente "4!

4. $nos conectores de acoplamiento r&pido para los fluidos caliente y frío permiten

una conexión r&pida al A"<B y la conversión desde la operación con camisa de

calentamiento a la operación con serpentín de calentamiento.

. *ecipiente montado en una base de +>( que se conecta al A"<B mediante

tuercas de mariposa.

RE#"LTADO#.

#ERPENTIN

#a*)leN*ber

#a*)leTi*e

Ela)se+

Ti*e

Te*)T0

12C3

Te*)

T4

12C3

Te*)

T5

12C3

Te*)T6

12C3

Te*)T7

12C3

Te*)T8

12C3

9ot:aterP*)#ettin

/

9ot:ater;lo<rat

e(v,

Col+:ater=alve#ettin

/

Col+:ater;lo<rat

e(vc

9eo

OvoL



1?3 1l@*in3 1?3 1l@*in3 1*

9 9=<-=09 =9 93.4 -1. -2.0 --.< 9<<. -<.9 . -.42 . 0

- 9=<<=99 =<9 -.4 -.4 -2. -0.< 9<<. --.1 . -.4 .9 0

< 9=<<=09 9=9 -9.0 -.- -0.4 -.4 9<<. --.2 . -.4 . 0

0 9=<0=99 9=<9 -<. -4. -0.- <9.- 9<<. --.0 . -.4 . 0

2 9=<0=09 -=9 -2.< -4.0 -<.1 <0.4 9<<. --.2 . -.4< . 0

4 9=<2=99 -=<9 -.2 -4. -<.2 <. 9<<. --.0 . -.40 C.9 0

9=<2=09 <=9 <.- -2. -<.- 0.3 9<<. --.< . -.44 . 0

1 9=<4=99 <=<9 <-. -2.0 --.3 0<.9 9<<. --.< . -.43 .9 0

3 9=<4=09 0=9 <2.- -2. --.4 02. 9<<. --.9 . -.9 . 0

9 9=<=99 0=<9 <. -0.4 --.- 01.< 9<<. -9.1 . -.< . 0

#)eci>ic 9eat

9ot ;li+C),

1B@/ 3

#)eci>ic 9eat

Col+ ;li+C)c

1B@/ 3

9ot :aterAvera/e

Te*)eratr e

12C3

Densit9ot ;li+

1/@*3

DensitCol+;li+

1/@*3

T,ot

12C3

Tcol+T0!T8

12C3

9otMass;lo<Rate(*,1/@s3

0.93 0.91- -4.43393 334.4 331.< -.4 C<.0 .00

0.93 0.919 -4.<<<0-< 334. 331.9 -.4 C-.- .0<

0.93 0.919 -2.132<120 334.1 33.3 -.4 C9.9 .0<

0.93 0.91 -2.00323 334.3 33.2 -.4 .4 .0<

0.93 0.93 -2.3312<2- 33. 33. -.2 -.3 .00

0.93 0.93 -0.-4000< 33.9 334.0 -.2 2.9 .00

0.91 0.91 -0.020<302 33.- 332.4 -.2 .3 .00

0.91 0.91 -0.9-2<-0- 33.< 330.1 -.2 9.2 .02

0.91 0.91 -<.1030 33.0 330. -.0 9<. .02

0.91 0.91 -<.00<1044 33.0 33<.9 -.0 92.3 .02

Col+Mass;lo<Rate(*c1/@s3

9eatPo<er

e*itte+e1:3

9eatPo<er

absorbe+a1:3

9eatPo<er

lost>1:3

OverallE>>icienc

1?3

LMTDt@*

Overall9eat Trans>er

Coe>>icient"

. 01.9 .4 0.2 .9 . -.3

. 043.< C9.9 0.2 C.- 2. <.2

. 00.1 .- 00.4 . 0.< 0.4

. 04<.4 .9 04<.2 . -.- 3.

. 04-.3 .2 04-.0 .9 . .

. 02.3 C-.4 04.2 C.4 C-.4 C.0

. 041.4 9.< 04.< .< C2. C<.2



. 0-.2 1.1 04<. 9.3 C1.2 C-.<

. 021.2 -.- 024.< .2 C99.< C9.

. 024.2 2.0 029.- 9.- C90.< C9.0

To*a No. 0F

Datos=

m8 0.024 Kg/s (p8 0.91 7/7g.7

Di8 .92-0m D 8 Dext8 .920-m

Dprom8 .92<<m ?8 .34< m-

hc (0.00983)=32.31

hc=3275.9W /m2 K

A=π D T L

A=π (0.00635 ) (1.15 )=0.023m2

Q=hA ΔT

Q=(3275.9 ) (0.023 )(56.7−49.1)

Q=572.62W



U =Q / A

U =572.62/ (0.023)(10.5)

U =2371.1W /m2 K

Interca*bia+or +e c,a(eta

*

*r

#a*)leTi*e

Ela)se+

Ti*e

Te*)T0

12C3

Te*)T4

12C3

Te*)

T5

12C3

Te*)T6

12C3

Te*)T7

12C3

Te*)T8

12C3

9ot:aterP*)#ettin

/1?3

9ot:ater;lo<rat

e(v,

1l@*in3

Col+:ater=alve

#ettin/1?3

Col+:ater

;lo<rate(vc

1l@*in3

9eo

Ove<L

1*9=90=<< =9 9.9 94.3 94.3 90.- 9<<. 90.0 <.9< . 0

9=92=- =< 9.0 93. 91.9 90.- 9<<. 90.2 -.39 . 0

9=92=<- 9= 9.< --.0 -.4 90.< 9<<. 90.0 -.12 . 0

9=94=- 9=< 91. -4.< -<.3 90.< 9<<. 90.2 -.1< . 0

9=94=<- -= 91. -3.2 -4. 90.< 9<<. 90.0 -.1- . 0

9=9=- -=< -.0 <-.1 -3.4 90.0 9<<. 90.2 -.1< .9 0

9=9=<< <=9 -9. <2.2 <-.9 90.0 9<<. 90.2 -.11 . 0

9=91=< <=<9 -<.2 <1.9 <0.4 90.0 9<<. 90.4 -.3- C.9 0

9=91=<< 0=9 -2.< 0. <.9 90.2 9<<. 90.4 -.32 . 0

9=93=< 0=<9 -. 0-.3 <1. 90.2 9<<. 90.4 <.9 . 0

9=93=<< 2=9 -3.0 00.3 0.3 90.4 9<<. 90. <.0 . 0

9=-=< 2=<9 <9.< 0.0 0<.2 90.4 9<<. 90. <.4 . 0

9=-=<< 4=9 <<.< 03.- 02.4 90. 9<<. 90. <.9- . 0



#)eci>ic 9eat

9ot ;li+C),

1B@/ 3

#)eci>ic 9eat

Col+ ;li+C)c

1B@/ 3

9ot :aterAvera/e

Te*)eratr e

12C3

Densit9ot ;li+

1/@*3

DensitCol+;li+

1/@*3

T,ot

12C3

Tcol+T0!T8

12C3

9otMass;lo<Rate(*,1/@s3

0.93- 0.910 <.2301014< 32. 331.1 C991. -. .29

0.93- 0.91< <.2301014< 32. 331. C991. -.3 .0

0.93- 0.91< <.4991<31 32. 331. C991. -.3 .04

0.93- 0.91< <.40<22043 32.4 331.4 C991.4 <.2 .04

0.93- 0.91- <.40<22043 32.4 331.2 C991.4 0.< .04

0.93- 0.919 <.44-2<3 32.4 331.9 C991.4 2.3 .04

0.93- 0.919 <.44-2<3 32.4 33.1 C991.4 .- .0

0.93- 0.91 <.10343 32.4 33.0 C991.2 1.3 .01

0.93- 0.93 <.-0<902 32.4 33. C991.2 9. .01

0.93- 0.93 <.-0<902 32.4 334.2 C991.2 9-.0 .03

0.93- 0.91 <.<0<2 32.4 332.1 C991.0 90. .03

0.93- 0.91 <.1231- 32.2 332.< C991.< 94.4 .2

0.93- 0.91 <.120490-4 32.2 330.4 C991.- 91.2 .29

Col+Mass;lo<Rate(*c1/@s3

9eatPo<er

e*itte+e1:3

9eatPo<er

absorbe+a1:3

9eatPo<er

lost>1:3

OverallE>>icienc

1?3

LMTDt@*

Overall9eat Trans>er

Coe>>icient"

. C-2<<9.3 .2 C-2<<-.0 . . .

. C-<2<<.1 .2 C-<2<0.< . . .

. C-<-.1 9. C-<<.1 . . .

. C--11-.- . C--11-.- . . .

. C--10-. 9.2 C--100.9 . . .

. C--31.1 <. C--399.1 . . .

. C-<-1<. -.0 C-<-14.9 . . .

. C-<4-2.4 C4. C-<493.2 . . .

. C-<1<2.1 <.4 C-<1<3.0 . . .

. C-0-13.- . C-0-13.- . . .

. C-022.9 2. C-029.9 . . .

. C-0.3 -.1 C-09. . . .

. C-29.9 4.< C-294.< . . .

Reci)iente con c,a(eta +e calenta*iento'

To*a No. 0F

Datos=



m8 0.024 Kg/s (p8 0.91 7/7g.7

Di8 .92-0m D 8 Dext8 .920-m

Dprom8 .92<<m ?8 .34< m-

h Dt

k =a( Da

2 Nρ

μ )b

(C p μ

k )1

3 ( μ

μw )

m

h(0.1542)(0.6283)

=0.74( (0.06 )2 (2.5)(994.6)(0.656 x10

−3) )b

( (4183 )(0.656 x10−3)

(0.6283) )13 ( 0.656 x10−3

0.4830.656 x10−3 )

0.14

h=2644.4W / m2 K

A=π D T L

A=π (0.1533 ) (0.20 )=0.0963m2

Q=h AΔT

Q=(2644.4 ) (0.0963 )(49.2−45.6)

Q=916.76W



DI#C"#I&N DE RE#"LTADO#.

En esta pr&ctica estuvimos observando cómo opera este equipo intercambiador de calor mediante agitación! 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 tambi#n se puedever afectado por el sistema de calentamiento, es decir si no se tiene un buenfuncionamiento de la resistencia como antes lo mencionamos en las practicasanteriores de transferencia de calor.

'os c&lculos que nosotros reali%amos para comprobar los datos que nos arrojoel programa del equipo, fueron muy cercanos a estos, este programa toma los valoresexactos, mientras que nosotros redondeamos los valores, es por esto que existe unapeque6a diferencia entre nuestros c&lculos y los del programa.

CONCL"#IONE# % RECOMENDACIONE#.

+or lo tanto hemos llegado a la conclusión de que en un equipo de transferenciade calor con agitación entre mayor sea el numero de revoluciones del agitador mejor ser& la transferencia de calor, adem&s de que se obtiene un mejor rendimiento por medio del serpentín, que utili%ando el enchaquetado. *ecomendaríamos que anecesidades no previstas de intercambio de calor mediante agitación se utili%ara elserpentín ya que es una solución r&pida y económica y con buen funcionamientoadem&s de que por lo general el enchaquetado se utili%a para mantener caliente alliquido que contiene el recipiente, ofreciendo así el serpentín una mayor transferenciade calor.

ILIOGRA;ÍA.



F +rocesos de transporte y principios de procesos de separación (. . GeanHopliscap 90!F Ianual del Jngeniero Kuímico. +E**L, *obert A. IcGraM Aill. 4t.a. Edición.

F Operaciones N&sicas de Jngeniería Kuímica. Ic(?NE,

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