laboratorio 5 transferencia de calor
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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL
TRANSFERENCIA DE CALOR 2012
Profesor
Ayudante
Bloque
Patricio Nuñez
Integrantes
Informe N°5
12 de mayo
2013 Al desarrollar el Informe N°5, el alumno será capaz de operar
una planta piloto que involucre equipos de intercambio de
calor y movimiento de fluidos. Podrá comprobar
empíricamente los fenómenos de transferencia de calor y
aplicar los respectivos balances, además de familiarizarse con
sistemas de control remotos e instrumentación. Finalmente
aprenderá nociones mínimas de seguridad al trabajar en la
industria.
Intercambiadores
de Calor
Laboratorio Transferencia de Calor.
Experiencia 5: Intercambiadores de Calor
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1. Objetivos:
- Comprender el funcionamiento de un intercambiador de calor que opera sin cambio
de fase.
- Identificar el efecto de las pérdidas al ambiente, ensuciamiento, etc. sobre la
transferencia de calor.
- Determinar cuantitativamente qué parámetros (propiedades físicas), factores de
diseño (área, configuración, FT) y variables (flujo y temperatura) afectan la
transferencia de calor en un intercambiador de calor.
- Obtener el balance de energía para un intercambiador de tubos y coraza, pudiendo
determinar variables como el U, LMTD, calores relacionados, entre otras.
- Realizar balances de masas y energía para un sistema que posee varios
intercambiadores de calor.
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Experiencia 5: Intercambiadores de Calor
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2. Descripción de la Experiencia:
En esta experiencia, usted dispondrá de tres intercambiadores de calor multitubular a
escala (ver diagrama Anexo N°1) conectado a la unidad adquisidora de datos, donde se
pueden visualizar y registrar en un PC las temperaturas de entrada y salida de los flujos
de agua fría, caliente y el vapor, además de controlar los flujos hacia los equipos.
Las especificaciones de los intercambiadores son las que se presentan a continuación:
INTERCAMBIADOR 1
ITEM UNIDAD CORAZA TUBOS
Fluido
Vapor Agua
DI in 4,26 ―
DE in 4,5 0,501
Arreglo ― ― Triangular
Baffles ― 13 ―
B in 1,8 ―
NT ― ― 18
N° de pasos ― 1 2
Pt in ― 0,748
C' in ― ―
BWG ― ― 16
ATC ft2 5,768 ―
LT ft ― 2,444
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INTERCAMBIADOR 2
ITEM UNIDAD CORAZA TUBOS
Fluido
Agua Agua
DI in 6,067 ―
DE in 6,626 0,625
Arreglo ― ― Cuadrado
Baffles ― 14 ―
B in 1,09 ―
NT ― ― 24
N° de pasos ― 1 2
Pt in ― 0,945
C' in ― --
BWG ― ― 16
ATC ft2 6,579 ―
LT ft ― 1,676
INTERCAMBIADOR 3
ITEM UNIDAD CORAZA TUBOS
Fluido
Agua Agua
DI in 3,068 --
DE in 3,5 0,501
Arreglo ― -- Cuadrado
Baffles ― 17 --
B in 2,08 --
NT ― -- 12
N° de pasos ― 1 2
Pt in -- 0,709
C' in -- --
BWG ― -- 16
ATC ft2 5,193 --
LT ft -- 3,3
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3. Procedimiento:
Antes de comenzar el laboratorio, usted deberá solicitar en el pañol todos los elementos
de seguridad requeridos adicionalmente para trabajar en el taller (casco, lentes y zapatos
de seguridad). Es su responsabilidad estar equipado correctamente ANTES DEL
INICIO de la experiencia.
El laboratorio consta de dos partes y usted deberá usar los elementos de protección
personal durante TODA LA EXPERIENCIA.
3.1 Primera parte de la experiencia:
En la primera parte de la experiencia, usted trabajará en el taller con un módulo de
control, ubicado a un costado del sistema de intercambiadores descrito anteriormente.
Una vez instalado el equipo, se debe seguir el siguiente procedimiento:
1. Verifique, junto con su ayudante, que el módulo de control que utilizará para la
experiencia esté encendido y con el software de control correctamente
funcionando.
2. Registre un Nombre de Usuario, Correo Electrónico y Contraseña, en el block de
notas que le indicará el ayudante. (es necesario para que se le entreguen los datos).
3. Ingrese al Software de Control, el usuario, correo electrónico y contraseña,
anteriormente registrados.
4. Verifique que las válvulas manuales estén en la posición inicial correcta (utilice el
Anexo).
5. En la pestaña “Ajustes”, registre los niveles altos y bajos de las alarmas de cada
instrumento.
6. En la pestaña “Principal” presione el botón “Iniciar/Detener Ensayo” para que
comience a funcionar el control.
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7. Posteriormente encienda la bomba asociada al estanque N°1 estableciendo una
potencia del 75%, luego la bomba asociada al estanque N°2 con una potencia del
85%. Finalmente abra la válvula del vapor al porcentaje que su ayudante le
indicará.
8. Pida al ayudante que le indique el porcentaje de apertura de las válvulas al que
operará el sistema.
9. Espere entre 15 a 20 min. a que se estabilice el sistema. Registre el tiempo en que
se comienza en que se genera la estabilización.
10. Mientras alcanza el estado estacionario, compruebe que los medidores de flujo
indicados por el software son correctos, para ello mida el caudal de ambos
subsistemas en su estanque respectivo mediante baldimetría. De no ser correctos,
proponga una solución para que sus balances sean adecuados.
11. Una vez alcanzado el estado estacionario mida ocho temperaturas en el
intercambiador de calor número uno con la ayuda del pirómetro y registre dichos
valores.
12. Comprenda los efectos que pudiesen tener el cambiar alguna variable de control,
como abrir o cerrar una válvula, subir o bajar la apertura de bomba, etc.
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3.2 Segunda Parte de la experiencia:
En la segunda parte de la experiencia, usted deberá dirigirse a la sala de computadores,
donde el sistema de control estará instalado en la pantalla principal. Su ayudante,
generará una perturbación en el sistema, la cual producirá un cambio en la información
que entrega el software.
Dos integrantes del grupo deberán dirigirse al taller y actuar de “Operadores”, mientras
que los miembros restantes trabajaran desde la Sala de Computadores y cumplirán el
rol de “Controladores”.
El controlador deberá indicar al operador, a través de la radio, cual es el problema que
se está produciendo. El controlador y el operador deberán coordinarse mediante la
comunicación por radio para encontrar el problema y solucionarlo. Recuerde no actuar
sin previa coordinación entre el controlador y el operador, ya que esto podría evitar que
se solucione el problema.
En esta instancia no podrá hacer consultas al ayudante. El solo actuará en caso que se
esté generando alguna falla importante al sistema.
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4. Informe Final:
El informe deberá contener los siguientes puntos.
1. Resumen ejecutivo:
En esta sección debe presentar los resultados numéricos más importantes que se
encuentren en el informe, además de una descripción simple y resumida del
procedimiento experimental realizado. Finalmente, presente las conclusiones más
importantes del informe. Escriba el Resumen Ejecutivo con el objetivo que se
entienda el proceso y los resultados. Esto podría ser lo único que lea su jefe.
2. Descripción del fenómeno:
Realice una breve descripción del fenómeno observado para cada parte de la
experiencia. Enfóquese en la fenomenología, no en el procedimiento de
laboratorio.
3. Análisis de Resultados:
3.1 Primera parte de la experiencia:
1. Realice un balance de materia y energía para cada intercambiador, utilice los
valores de temperatura entregados por el software y los valores de flujo
medidos manualmente.
2. Realice un perfil de temperatura en el intercambiador número uno con las
mediciones del pirómetro. ¿Qué puede decir al respecto?
3. Estime los siguientes parámetros para cada intercambiador (1, 2 y 3):
Calor transferido.
Calor cedido.
Calor absorbido.
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4. Para los Intercambiadores N°2 y N°3, estime los siguientes:
Coeficiente de transferencia de calor para los tubos.
Coeficiente de transferencia de calor para la coraza.
Coeficiente global de transferencia de calor.
5. ¿Qué factores pueden influir en la precisión de sus cálculos y generar errores?
Indique claramente todas las suposiciones que realice en su análisis. ¿Por qué
no sería posible calcular el coeficiente global de transferencia de calor del
intercambiador N°1 con los métodos usados en los intercambiadores N°2 y
N°3?
3.2 Segunda parte de la experiencia:
Suponga que se producen súbitamente las siguientes perturbaciones (cada una por
separado):
a) Hay una baja en la presión del vapor de entrada al intercambiador 1.
b) La válvula FV – 404 falla y obstruye un 50% del flujo.
¿Qué consecuencias podría ocasionar cada una al sistema completo? Indique
cambios en variables de operación para cada intercambiador, y anote todas sus
suposiciones.
4. Conclusiones y recomendaciones:
Realice una conclusión para cada parte del laboratorio, utilizando su informe previo y
su trabajo en el laboratorio. Debe reforzar y detallar las conclusiones informadas en el
Resumen Ejecutivo. Detalle la influencia de sus supuestos teóricos sobre el error.
Además escriba cualquier comentario y/o recomendación que tenga sobre la
experiencia.
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5. Bibliografía.
Informe sobre cualquier fuente a la que haya consultado para la resolución de este
informe.
6. ANEXOS.
Agregue cualquier imagen, gráfico, tabla o procedimiento de cálculo que estime
conveniente.
NOTA: El anexo sólo será leído si es mencionado en la sección de Resultados (Ej.: Para
más detalle de cálculo, ver Anexo 1).
7. Formato del informe:
El informe deberá ser entregado bajo el siguiente formato:
Portada: Según la indicada en la página del ramo.
Márgenes (todos) de 2.5 cm.
Letra Times New Roman 12.
Debe presentar todas las tablas correctamente referenciadas al igual que todos los
gráficos, figuras, correlaciones y valores a las que se le hace referencia.
Referencias correctamente escritas según formato de paper, indicando claramente la
fuente, y página del documento, o en el caso de un enlace web, referenciar el link
del sitio donde se encontró la información y la fecha de consulta.
Si entrega un CD-R, éste debe estar correctamente etiquetado.
Máximo de 12 páginas.
Si esto no se presenta en el informe se le descontará puntaje.
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Perturbación del Sistema
Esta parte debe entregarse en el laboratorio y es su obligación llevar está hoja para
contestar las preguntas. Si no lleva la hoja se le descontarán 10 pts. en el informe.
Integrantes:
1. ¿Cuál cree ud. que fue la perturbación generada por el ayudante?
2. Explique cómo fue identificada esta perturbación.
3. Explique qué cambios generará esa perturbación en una operación normal del sistema.
PARA EL AYUDANTE:
¿Qué perturbación generó en el sistema?
Nombre y firma del ayudante.
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Anexos