Trabajo Práctico de Laboratorio Nº12

Trabajo Práctico de Laboratorio Nº12

Operaciones de transferencia de calor y masa

Caldera – Intercambiador de calor – Torre de enfriamiento de agua

Objetivos a) Generales:

 Adquirir destreza en el manejo de distintos equipos de la planta relacionados con

las operaciones de transferencia de calor.

 Adquirir un conocimiento cabal y práctico del principio de funcionamiento de los

equipos e instrumentos empleados. b) Específicos para cada unidad:

 Caldera: (en TP8)

 Lectura del manual técnico de la caldera acuotubular Vaporax y ficha del

quema-dor de gas. Identificación de los elementos de seguridad y de control. (1º Lectura hasta p.11).

 Sistema de provisión de agua ablandada. Domo y líneas de distribución de vapor.

Identificación de todos los elementos.

 Puesta en marcha de la caldera (con supervisión de personal idóneo).  Intercambiador de calor:

 Puesta en marcha y observación de la conducta en estado transitorio y

estaciona-rio. Medición de variables.

 Evaluación del Calor intercambiado, el coeficiente de transferencia global y el

fac-tor de ensuciamiento a partir de los resultados obtenidos.

 Análisis del efecto de la presión de vapor en la temperatura de salida del agua,

pa-ra caudal de agua constante. Compapa-ración con las predicciones teóricas.  Torre de enfriamiento:

Equipo experimental

TIL1 TIG1 TIL2 _TIG2

TT5

TT4 TT2

TT1

TT6

TT7

TT3

VR2

VC2 dPT2 V.E.

PI1 agua.

TV

purga

PT1 VR1

VC1

dPT

Intercambiador de Calor

Torre de Enfriamiento

Bomba

Pvc

V

Pvc Tvc

Ts

L

t2 t2

tL2 tG2

tG1, tw1

tL1

t1

Detalles de los equipos e instrumentos utilizados Caldera

Marca: VAPORAX Tipo: acuotubular Modelo: 600 S 16 Combustible: Gas

Presión de trabajo: 16 kgr/cm2 Capacidad de evaporación: 600 kg/h Intercambiador de calor

Marca: construcción talleres Borgatti Tipo: de tubos y camisa

Especificaciones: Tubos

Diámetro externo: ¾” – 16 BWG Longitud: 4 pies

Número de tubos: 30

Area de intercambio: 23, 55 pie 2 Paso: triangular: 1”

Número de pasos: 2

Material: acero inoxidable 316 Presión de diseño: 150 psi máxima Conexiones de entrada y salida: 1” ros-cada

Camisa Diámetro: 8”

Número de pasos: 1

Conexiones de entrada y salida: 1” má-xima

Placa porta tubos

Material: acero inoxidable 316 Tubos fijos

Juntas entre cabezal y placa porta tubos: asbesto

Cabezal y placas abulonadas a brida de la camisa

Longitud entre placas porta tubos: 1220 mm

Instrumental en el intercambiador

Línea de vapor

Entrada:

PR: Válvula reguladora de vapor Marca Spirax Sarco

dPT1: Transmisor neumático de presión diferencial N 1

Modelo 13 A1-MK2

Máxima presión de trabajo 200 psi Salida neumática

Rango 3 psi - 15 psi

VR1: Válvula reguladora de presión N 1 Marca Taylor

Rango de entrada 3 psi- 15 psi

PT1: Transmisor neumático de presión N 1

Marca Foxboro Modelo 44

PI1: Indicación de presión manométrico hasta 4 kgr/ cm2 N 1

TT1, 2: Transmisor de temperatura 1 y 2 – Termocupla Fe – Ko (Tipo K)

Salida

TT7: Transmisor de temperatura N 7- Termocupla Fe – Ko (Tipo J)

TV: Trampa de vapor

Línea de agua

Entrada

VE: Válvula esclusa

B: Bomba centrífuga Marca Marquis Modelo MCP170 Potencia 1.5 HP

dPT2: Transmisor neumático de presión diferencial N 2

Modelo 13 A1- MK2

Máxima presión de trabajo 200 psi Salida neumática- Rango 3 psi- 15 psi

VR2: Válvula reguladora de presión N2 Marca Taylor

Salida neumática

Presión de trabajo 20 psi

VC2: Válvula neumática de control N 2 Marca Santos Saghi

Entrada neumática Tipo: aire cierra

Rango de entrada 3 psi- 15 psi

TT4: Transmisor de temperatura N 4 - Termocupla Fe – Ko (Tipo K)

TT5: Transmisor de temperatura N 5 - Termoresistencia

Sin marca. Sin indicador

Salida 1 a 5 VdC para temperatura en-tre 0 y 100ºC

TT6: Transmisor de temperatura N 6 y termómetro de CF+dPT

Marca Foxboro – Modelo T 12ª

Carcasa

TT2: Transmisor de temperatura N 2 – Termocupla Fe – Ko (Tipo J)

TT3: Transmisor de temperatura N 3 – Termocupla Fe – Ko (Tipo J)

Torre de enfriamiento de agua

Material de relleno: A = placas Sulzer PVC;

B = arreglo regular de maderas Dimensiones:

Altura total: 2.89m Altura de relleno: 1.00m Ancho: 0.44m

Procedimiento

Caldera e intercambiador

 Se observan con atención medidas de seguridad en sistema (c/supervisión foguista).

 Se selecciona adecuadamente el punto de operación, observando criterios de

selec-ción.

 Se manipula la presión de vapor –con la válvula de control en la línea de vapor– y se

mantiene la temperatura de salida del agua en un valor deseado, para un caudal de agua constante.

 Se miden las siguientes variables:

Pvc, presión de vapor a la entrada de la coraza (PI y PT1)

Tvc, temperatura del vapor en la coraza (TT2)/ opción: de PT1 y tabla vapor Ts, temperatura del condensado (TT3)

t1, t2, temperatura de entrada y salida del agua (TT4, TT5 y TT6) L, caudal de agua (placa orificio y dPT2)

V, caudal de vapor (P.O. y dPT)_ si descalib. c/PT1->evaluarlo de bce. calor

 Se determina el coeficiente de ensuciamiento (ver al final de la guía “Cálculo Rd”)

 Se modifica la presión de vapor en la camisa, obteniéndose un nuevo valor final de la

temperatura de salida del agua, se vuelven a anotar todas las variables de estado esta-cionario.

 Se compara la temperatura obtenida con la predicción teórica que considere como

dato el factor de ensuciamiento evaluado en el paso anterior.

 Se evalúan las posibles fuentes de error.

Torre de enfriamiento

tG1, tG2, tW1, tW2, temperatura de bulbo seco y % humedad de entrada, y condicio-nes de salida (TIG1, TIW1, TIG2).

 Se determina Ky*a (ver “Cálculo Ky*a” al final de la guía).

 Se compara el valor con otros valores publicados para materiales similares.

 Se repite el procedimiento para otras TL2, observándose la evolución de las

tempera-turas de entrada y salida de la torre durante el estado transitorio, y el efecto final del cambio producido (condicionado a tiempo disponible para el desarrollo de la práctica).

Calor Q:

Calor removido del agua = L Cp (tL2-tL1).

Cálculo Rd:

Se evaluará considerando condensación sin subenfriamiento y a partir de la relación:

donde:

Cálculo de Ky*a:

A partir de la ecuación:

Z=G’/KYa * NtOG

puede evaluarse KYa, ya que Z es un valor conocido, y G’y NtOg pueden calcularse a partir de la pendiente de la recta de operación y valores de equilibrio respectivamente.

Recta de operación: es la relación entre la entalpía del aire (H) y la temperatura del líquido (tL,) del balance de energía entre un punto cualquiera en la torre y el extremo “1”inferior:

Ud Uc

Ud Uc Rd 

T A

Q Ud

 









, co , Uc

 

MLDT T

H’= H’1 + LCal/G’(tL -tL1)

La pendiente puede calcularse si se conocen los valores H’1 y H’2 en los extremos (que se obtiene a partir de tG1, tW1, tG2, tW2 y el empleo de una carta psicrométrica), luego se des-peja Gl de

LCal/G’= (H’1- H’2)/(tL1 – tL2 ).

Finalmente, con la recta de operación puede evaluarse

Resultados:

Parte 1) Intercambiador

Pvc Tvc Ts t1 t2 L V

Parte 2) Torre

L TL2 TL1 Tg1 Tg2 G Kg a Pvalv (psi)

PVC L1 TL2 1

Madera L1 TL2 1

PVC L1 TL2 2

Madera L1 TL2 2

PVC L2 TL2 1´

Madera L T





H

H

tOG 



2

Actividades complementarias