UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERA QUMICA E INGENIERA DE ALIMENTOS

MANUAL DE LABORATORIOS DE

OPERACIONES UNITARIAS II

PROFESOR: ING. MIGUEL FRANCISCO ARVALO MARTNEZ, Mti, MSc

INSTRUCTOR: ING. FERNANDO TEODORO RAMREZ ZELAYA, MAE

CICLO I 2015

CIUDAD UNIVERSITARIA, SAN SALVADOR, 2015.

1

NDICE

LABORATORIO N 1. CONDUCCIN EN ESTADO INESTABLE. DETERMINACIN DE

PERFILES DE TEMPERATURA. ................................................................................................................. 2

LABORATORIO N 2. CONDUCTIVIDAD TERMICA DE SLIDOS EN FLUJO DE CALOR EN

ESTADO TRANSITORIO. ............................................................................................................................ 5

LABORATORIO N 3. EVALUACIN DE LA CONSTANTE CSF EN EBULLICIN NUCLEADA.

.......................................................................................................................................................................... 10

LABORATORIO N 4. MEDICIONES EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE

TUBO. ............................................................................................................................................................. 13

LABORATORIO N 5. MEDICIONES EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CARCASA Y

TUBOS TIPO 1-1. ....................................................................................................................................... 15

REPORTE DE LABORATORIO. ................................................................................................................ 18

2

LABORATORIO N 1.

CONDUCCIN EN ESTADO INESTABLE. DETERMINACIN DE PERFILES DE

TEMPERATURA.

1.0 TEORA

Se llama proceso de estado inestable transitorio al que depende del tiempo; en algn momento, todos los casos de estado estable han pasado por una fase transitoria.

En muchos casos, la fase transitoria es una porcin muy pequea del tiempo total en el

que ocurre un proceso de transferencia de calor, por lo que es relativamente de poca

importancia. Este es el caso de arrancar una gran planta en que se logran condiciones

de estado estable y se opera en condiciones invariantes por muy largos perodos, de

semanas o meses. En otras operaciones, tales como el tratamiento trmico de

fundiciones metlicas o la vulcanizacin de hule, la situacin transitoria es de principal

inters y puede ser que nunca se llegue a la operacin de estado estable.

El propsito de este experimento es investigar el proceso de transferencia de calor

dependiente del tiempo en un medio conductor y adquirir habilidad para analizar y

resolver problemas en los cuales tanto el tiempo como las coordenadas espaciales

incluyan las variables independientes.

2.0 EQUIPO NECESARIO

- Tres barras de diferentes metales (acero inoxidable, acero corriente y aluminio)

- Dos termocuplas

- Un mechero Bunsen

- Un soporte

- Un recipiente aislante

- Una pinza de extensin

- Una pinza

- Un Reloj o cronmetro

- Una caja de fsforos o de cerillos

- Un par de guantes de asbesto

3.0 PROCEDIMIENTO

Introduzca el mechero Bunsen en el recipiente aislante, y luego conecte la

manguera a la vlvula del gas (ver figura 1).

Mida las temperaturas en los diferentes puntos de cada barra a la temperatura

ambiente.

Encienda el mechero con la ayuda de una pinza.

Introduzca el extremo de una de las barras de metal por el agujero lateral del

recipiente aislante, hasta quedar a 0.5 cm - 1 cm de la llama del mechero.

Medir la temperatura en los diferentes puntos o agujeros que tiene la barra, a

diferentes tiempos (cada 10 minutos).

Luego de que la temperatura del extremo opuesto al mechero ha variado con

respecto a la inicial, finalizar la prueba.

Anotar todas las temperaturas en una tabla de datos experimentales.

Repetir el experimento con las otras barras.

3

4.0 TRABAJO EXPERIMENTAL

Construir la siguiente tabla de datos experimentales, para cada una de las barras.

Tiempo(min)

Distancia(cm) Temperatura(C)

Anotar caractersticas de cada una de las barras:

a) Forma del slido

b) Dimensiones

c) Material

d) Valores que se conozcan de sus propiedades fsicas y sus respectivas variaciones

con la temperatura.

5.0 GRFICAS

Graficar distancia vrs. temperatura para cada uno de los tiempos y para cada una

de las barras.

Determinar los perfiles de temperatura para cada uno de los materiales

experimentados.

6.0 CUESTIONARIO

1) En la forma en que se realiz el experimento, considera que es posible calcular la

conductividad trmica de cada una de las barras? por qu?

2) Si no es posible lo anterior, qu suposiciones hay que hacer para poderlas

calcular?

3) Compararlas con las tabuladas en libros.

4) Calcular el flujo de calor que fluye por cada una de las barras.

5) Por medio del anlisis dimensional, encuentre una relacin que pueda utilizarse

para predecir la velocidad de transmisin de calor por unidad de rea a travs de

las barras metlicas.

6) Calcular el calor disipado considerando la barra como una aleta, tomando como

temperaturas de superficie la del punto intermedio y la del punto final y compararlo

como que si no estuviera la aleta.

4

Figura 1. Esquema del montaje del equipo para la realizacin del experimento.

5

LABORATORIO N 2.

CONDUCTIVIDAD TERMICA DE SLIDOS EN FLUJO DE CALOR EN ESTADO

TRANSITORIO.

1.0 TEORIA

Consideremos un slido a una temperatura inicial constante, el cual es colocado en un

bao a temperatura constante. El tiempo necesario para que la temperatura en

cualquier punto del slido alcance otro valor de temperatura depende: de la forma

geomtrica y dimensiones del objeto slido y de las propiedades fsicas del material de

construccin.

Cuando a muestras geomtricas y dimensionalmente idnticas se las somete a

similares condiciones trmicas, el tiempo necesario para que ocurran cambios trmicos

similares solamente depende de sus respectivas propiedades fsicas (densidad,

capacidad calorfica y conductividad trmica).

Es conveniente que las muestras a ensayar tengan forma de: placa con espesor finito

(con bordes impenetrables por el calor, o bien de largo y ancho lo suficientemente

grandes como para que la transferencia trmica por sus bordes solamente tengan

efecto despreciable); cilindro de dimetro finito (de bases impenetrables por el calor, o

bien con longitud suficientemente grande como para que la transferencia trmica por

sus extremos solamente tenga efecto despreciable), y esfera de dimetro finito.

Aplicando la Ley_de Fourier, sobre la conduccin trmica, al flujo de calor a travs de

cuerpos de las formas mencionadas anteriormente, en condiciones de rgimen

inestable y propiedades fsicas constantes, se llega a balances energticos

diferenciales.

2.0 EQUIPO NECESARIO

- Recipiente con agua con termostato para mantener

la temperatura constante.

- 3 Termocuplas.

- Cronmetro o reloj.

- Termmetro.

- Muestras cilndricas metlicas con termocuplas dispuestas en sus respectivos centros,

con soportes para su introduccin en el bao.

- Un par de guantes de asbesto.

3.0 PROCEDIMIENTO

Llenar de agua el recipiente metlico y precalentar en el mechero hasta

aproximadamente 70 C (si fuere necesario).

Dejar que el bao de temperatura constante se mantenga en 70 C.

Mida la temperatura del centro de la muestra antes de colocarla en el bao de

agua.

Inmediatamente antes de la colocacin de la muestra en el bao de agua, mida la

temperatura de este por medio de un termmetro.

Colocar la muestra en el bao y registrar la historia de las temperaturas del centro

de la muestra, en la forma siguiente:

a. Decidir con anterioridad cules sern los tiempos en que se tomar la

temperatura.

6

b. Colocar la muestra en el recipiente, a la vez que se comienza a medir el tiempo.

c. Medir las temperaturas en los dems tiempos especificados.

Durante la realizacin de la prctica, se debe estar midiendo la temperatura del

agua del bao, para observar si se mantiene constante.

Al finalizar las mediciones de temperatura de la muestra, volver a medir la

temperatura del bao.

Repetir las mediciones con las otras dos muestras.

4.0 TRABAJO EXPERIMENTAL

1. Determine el valor del coeficiente de transferencia trmica, que corresponde al

tamao y forma de la muestra que se emplear con el bao de temperatura

constante. Esto se efectuar midiendo las historias de temperaturas

correspondientes a no menos de dos materiales distintos, para los cuales se

conocen los respectivos valores de conductividad trmica, densidad y calor

especfico.

2. Determinar la historia de temperaturas para muestras de diferentes materiales, de

los cuales se conozcan los respectivos valores de densidad y calor especfico, pero

se ignoran los de conductividad trmica.

5.0 DATOS POR CONSIGNAR

1. Caractersticas de las muestras:

a. Forma del slido.

b. Dimensiones.

c. Material.

d. Valores que se conozcan de sus propiedades fsicas y sus respectivas

variaciones con la temperatura.

2. Mediciones del coeficiente de transferencia trmica y de la conductividad trmica.

a. Temperaturas del bao inicial y final.

b. Temperatura inicial de la muestra.

c. Tiempo (corrido, desde el comienzo del ensayo) en funcin de la temperatura

de la muestra.

6.0 GRAFICAS

1. Grafique en papel semilogartmico el logaritmo de la variacin de temperaturas

determinada experimentalmente, no cumplida (T - T)/(T - To), contra el tiempo

adimensional (t/R2) o (t /L2), correspondiente a las muestras de conductividades

trmicas conocidas (trace todos los grficos en una hoja).

2. Grafique la variacin de temperatura terica no cumplida, en funcin del mdulo de

Biot (k/hR) o (k/hL) para diversos valores de tiempo adimensional, graficando los

valores ledos en la fig. 1.

3. Grafique el logaritmo de la variacin de temperaturas determinada

experimentalmente, no cumplida, en funcin del factor de tiempo (t/R2) o (t/L2)

para las muestras de las cuales desconozca las respectivas conductividades

trmicas.

4. Tabular los valores de la densidad, capacidad calorfica y conductividad trmica de

los materiales utilizados en la experiencia como funcin de la temperatura.

7

7.0 CALCULOS POR EFECTUAR

1. El coeficiente de transferencia trmica influye la historia de temperaturas de la

muestra, por lo que deber ser evaluado para cada uno de los sistemas con que se

trabaje.

2. Determine el mdulo de Biot correspondiente a las muestras de conductividad

trmica conocida, a partir del diagrama de cambio no cumplido de temperatura en

funcin del mdulo de Biot, de entre diversos pares de valores experimentales de

cambios no cumplidos de temperatura y de tiempos adimensionales. A partir de

tales mdulos, calcule el coeficiente de transferencia trmica del sistema.

3. En los casos de los ejemplares para los cuales se desconocen las conductividades

trmicas, no se puede calcular el tiempo adimensional o el mdulo de Biot. Sin

embargo se puede realizar alguna determinacin por tanteos o bien en forma

grfica. Para un momento cualquiera de la historia de temperaturas determinada

experimentalmente, consigne el respectivo valor de la variacin de temperatura no

cumplida. A este ltimo corresponde cierta cantidad de pares de trminos

dimensionales y mdulos de Biot, que pueden ser tomados de la figura 1. Para cada

par de valores de tiempo adimensional y mdulo de Biot calcule un par de valores

de conductividad trmica. El valor desconocido de la conductividad trmica es aquel

para el cual son iguales los valores apareados. Efecte este clculo para no menos

de dos valores de la variacin no cumplida de temperaturas.

8.0 PROBLEMAS

1) Discuta si han sido satisfechos por este experimento las condiciones de contorno

dadas por la ecuacin 2. Explique detalladamente.

2) Cul es el significado fsico de cada uno de los grupos adimensionales de la ec. 4?

3) Compruebe que en la ecuacin 4 los grupos adimensionales, efectivamente lo sean.

4) En la gama de temperaturas dentro de la cual se trabaj, qu efecto habr de

tener sta variable sobre la conductividad trmica?, La difusividad trmica es ms

sensible, frente a la temperatura, que la conductividad trmica?, en qu forma

influyen estas consideraciones respecto de los resultados experimentales?

5) Al aplicar este mtodo para determinar la conductividad trmica es muy importante

que las muestras tengan idntica forma y dimensiones. Explique la razn para que

as sea.

6) Por qu razn el coeficiente de transferencia trmica interviene en las condiciones

de contorno dadas en la ecuacin 2?

7) Explique en qu forma sera posible aplicar el procedimiento experimental aqu

descrito, a la determinacin de la conductividad trmica de un material que se

ablanda cuando la temperatura alcanza 100 C o bien que conste de partculas

separadas (tierra).

8) Cuando se deben determinar conductividades trmicas, cules son las ventajas

que ofrecen las tcnicas de rgimen transitorio, respecto de las que aplican

mtodos de rgimen estable, y viceversa?

9) Es interesante tener en cuenta que si al logaritmo de la variacin no cumplida de

temperaturas se lo representa en funcin del tiempo adimensional, el grfico de la

ecuacin 4 es una recta para valores de temperatura no cumplida menores que

aproximadamente 0.6. Explique por qu?

10) Para determinar en forma analtica y directa, los valores del coeficiente de

transferencia trmica y conductividad trmica, en vez de hacer uso de mtodos

grficos o por tanteo, se puede aplicar la observacin consignada en la pregunta

9?

8

11) Discuta los errores experimentales que podra encontrar en el mtodo usado en

esta experiencia, para determinar conductividades trmicas.

9.0 ANALISIS DE UN CILINDRO DE LONGITUD INFINITA

Balance de energa diferencial:

r

r

Tr

rt

T

1 (1)

Donde:

Cp = capacidad calorfica t = tiempo

k = conductividad trmica = k/Cp

r = distancia radial = difusividad trmica

T= temperatura = densidad

Condiciones de contorno:

A t 0, T = T0 para 0 r R

A r = 0, 0

r

T para todo t (2)

A r = R,

TTh

r

Tk para t 0

Donde:

h = coeficiente de transferencia trmica

R = radio del cilindro

To = temperatura uniforme del cilindro al inicio

T = temperatura del bao

Una solucin exacta:

TT

TT

= 2

1n

nJkRhn

RrnJkRhRtn

/

/)/(/exp

(3)

Solucin funcional:

TT

TT

= f RrhRkRt /,/,/

(4)

9

10

LABORATORIO N 3.

EVALUACIN DE LA CONSTANTE CSF EN EBULLICIN NUCLEADA.

OBJETIVO GENERAL

Capacitar al estudiante para el uso de un aparato ebullidor y sus aplicaciones en

Ingeniera Qumica.

OBJETIVOS ESPECFICOS

1. Calcular la masa de vapor generado por el ebullidor en ebullicin nucleada.

2. Calcular el calor emitido por la resistencia elctrica que contiene el ebullidor.

3. Encontrar el coeficiente de CSf de la resistencia y por medio de este saber el

material de dicha resistencia comparando el calculado con la bibliografa.

1.0 MARCO TERICO

Cuando una superficie est en presencia de un lquido y se mantiene a una

temperatura por encima de la temperatura de saturacin de este, puede darse la

ebullicin y el flujo de calor depender de la diferencia de las temperaturas entre la de

la superficie y de la saturacin. Cuando la superficie caliente est sumergida en el

lquido, el proceso se conoce como ebullicin burbujeante. Si la temperatura de, lquido

est por debajo de la temperatura de saturacin del proceso se conoce como ebullicin

subenfriada o local. Si el lquido se mantiene a la temperatura de saturacin, el

proceso se conoce como ebullicin saturada o global.

Los diferentes regmenes de ebullicin que se indican en la figura 1, en donde se

representan grficamente los datos de flujo de calor desde un alambre de platino

calentado elctricamente y sumergido en agua, frente al exceso de temperatura Tp -

Tw, en la regin I se da la conveccin natural, aqu el lquido prximo a la superficie

caliente est ligeramente sobrecalentado y se evapora cuando sube a la superficie. La

regin II las burbujas se comienzan a formar sobre el alambre y se disipan en el fluido

despus de desprenderse, aqu comienza la regin nucleada, en la regin III las

burbujas se forman tan rpido que cubren la superficie del calefactor e impiden la

afluencia del lquido fresco que las reemplazara. Llegando a este punto, las burbujas

se unen y se forma una pelcula de vapor que cubre la superficie: En la regin IV la

resistencia trmica de la pelcula de vapor origina una disminucin en el flujo de calor,

la regin de ebullicin en pelcula es la regin V; es una transicin desde la ebullicin

nucleada a la ebullicin en pelcula y es inestable. Una buena parte del calor perdido

para mantener estable la ebullicin en pelcula de la superficie puede ser el resultado

de la radiacin trmica esto se da en la regin VI.

11

Figura 1. Diferentes regiones de ebullicin por el calor generado por un alambre de

platino sumergido en agua.

Rohsenow correlacion datos experimentales de la ebullicin burbujeante nucleada con

la siguiente relacin:

33.0

Pr

vl

c

fgl

sfs

lfg

xl

g

g

hA

q

Ch

TC

Donde:

Cl = calor especfico del lquido saturado, J/kg C [Btu/lb F]

TX = exceso de temperatura, C [F]

hfg = entalpia de vaporizacin, J/kg [Btu/lb]

Prl = Nmero de Prandtl del lquido saturado

q/A = flujo de calor por unidad de rea W/m2 [Btu/h . ft2]

l = viscosidad del lquido kg/m . s [lb/h ft]

= tensin superficial de la interfase lquido-vapor N/m [lbf/ft]

g = aceleracin de la gravedad m/s2 [ft/s2]

l = densidad del lquido saturado kg/m3 [lb/ft3]

v = densidad del vapor saturado kg/m3 [lb/ft3]

Csf= constante determinada a partir de datos experimentales

s = 1.0 para el agua y 1.7 para otros lquidos

3

aresistenciladematerialaguasf

platinoaguasf

platinoagua

aresistenciladematerialagua

C

C

A

q

A

q

Q = m

2.0 MATERIAL Y EQUIPO

Material:

2 condensadores de vidrio 4 Mangueras de hule

1 Probeta de 100 ml 2 Termmetros

12

2 Beakers de 150 ml 1 Cronmetro o 1 reloj

3 Soportes universales con pinza y nuez Guantes de asbesto (un par)

Equipo:

Un ebullidor

3.0 PROCEDIMIENTO

1. Tomar las dimensiones de la resistencia.

2. Armar equipo segn la figura.

3. Asegurarse de poner el agua en tubo condensador en contra corriente.

4. Abrir la vlvula de bola del ebullidor.

5. Llenar el ebullidor con agua por medio de la vlvula de chorro hasta la lnea del nivel

ptimo que est en el tubo plstico adherido al ebullidor.

6. Cerrar ambas vlvulas para evitar el rebalse del ebullidor y la prdida del vapor.

7. Verificar que la red elctrica est a 220 v.

8. Conectar el tomacorriente a la red elctrica. .

9. Girar la perilla hasta 2.5 dejar que pasen dos minutos luego hasta 6 que es la posicin

adecuada para que se d la ebullicin nucleada; se hace este procedimiento para que el

calentamiento no sea muy violento.

10. En este momento se comienza a dar la ebullicin.

11. A partir de la primera gota obtener todo el vapor ya condensado a la salida del tubo

condensador en el beaker por 4 min., leer su temperatura y volumen.

12. En este momento (minuto 4) tomar la temperatura del agua.

13. Girar la perilla del restato hasta off, luego desconectar el tomacorriente.

14. Esperar un tiempo prudencial para desarmar el equipo ya que el agua est caliente.

15. Evacuar el agua del equipo, desarmar y guardar.

Datos adicionales:

Medicin del Restato Tw en C

2.5 68

6 120

L de resistencia = 37.0 cm

D promedio de la resistencia = 6.34 mm

La regin que nos interesa es la nucleada por lo tanto los clculos a efectuarse se

pueden hacer con el uso de correlaciones y grficas.

4.0 MEDICIONES A REALIZAR

1. La temperatura de ebullicin del agua en el ebullidor.

2. El volumen del condensado a la salida del segundo condensador.

3. La temperatura del condensado.

5.0 CLCULOS A REALIZAR

1. Calcular la cantidad de calor transferida de la resistencia al agua.

2. Calcular la constante CSf

13

LABORATORIO N 4.

MEDICIONES EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO.

1.0 TEORA

En las industrias de proceso, la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se

lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo ms comn es uno en el cual el

fluido caliente y el fro no entran en contacto directo el uno con el otro, sino que estn

separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La transferencia de

calor se efecta por conveccin desde el fluido caliente a la pared o la superficie de los

tubos, a travs de la pared de tubos o placa por conduccin, y luego por conveccin al

fluido fro.

El intercambiador ms simple es el intercambiador de doble tubo o de tubos

concntricos. Este se muestra en la figura 1, donde uno de los fluidos fluye en el

interior de una tubera y el otro lo hace en el espacio anular entre ambas tuberas. Los

fluidos pueden circular en paralelo o a contracorriente. El intercambiador puede

fabricarse con un simple par de tubos adaptando las conexiones en los extremos, o con

varios pares interconectados en serie.

Este tipo de intercambiador es til principalmente para velocidades de flujo bajas.

Figura 1. Flujo en un intercambiador de calor de doble tubo.

2.0 MATERIAL Y EQUIPO

Materiales:

3 Beakers de 1000 ml 1 Agitador de vidrio

2 Probetas de 1000 ml 1 Contenedor plstico de 5 galones

2 Soportes Universales 2 Recipientes plsticos de 2 galones

2 Pinzas de extensin

2 Nueces para pinzas de

extensin

Equipo:

- Calentador de agua para bao de Mara - Guantes de asbesto

- Intercambiador de calor de doble tubo - 2 Termocuplas

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3.0 PROCEDIMIENTO

Caliente agua en el recipiente con termostato hasta llegar a una temperatura de 75

C.

Arme el sistema que se presenta en la figura 1.

Conecte la manguera de agua fra del intercambiador en el chorro de agua potable

y asegrese que la vlvula de salida de agua caliente est cerrada.

Vace 5 litros de agua en el recipiente para agua caliente del intercambiador de

calor y deje correr hasta que el tubo metlico se llene completamente.

Antes de abrir el chorro de agua fra tome la temperatura de esta, haciendo lo

mismo para el agua caliente, no sin antes agitarla.

Coloque las mangueras de salida de los tubos en sus respectivos contenedores

plsticos.

Abrir primero el agua fra y 20 segundos despus el agua caliente, esperar unos 15

segundos y luego tomar las temperaturas de salida de ambos fluidos hasta que las

termocuplas indiquen un valor ms o menos constante, anotar los valores

obtenidos.

Determine el caudal midiendo el tiempo necesario para obtenerse un determinado

volumen recolectado en los recipientes plsticos tanto para el agua de enfriamiento

como para el agua caliente. Finalmente tome el agua caliente del recipiente plstico

de salida y vierta de nuevo en el recipiente de agua caliente del intercambiador

para repetir el experimento.

Mida la longitud de las tuberas y el dimetro de las tuberas.

Figura 1. Diagrama de la disposicin del equipo a utilizar.

4.0 CLCULOS EXPERIMENTALES

1. Coeficientes convectivos de transferencia de calor de ambas tuberas.

2. Coeficiente total de transferencia de calor de las tuberas.

3. El calor transferido.

4. La eficiencia del intercambiador de calor.

5. El calor perdido al ambiente debido a las condiciones no adiabticas del

intercambiador.

15

LABORATORIO N 5.

MEDICIONES EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CARCASA Y TUBOS TIPO 1-1.

OBJETIVOS

1. Verificar el funcionamiento de un intercambiador de calor de carcasa y tubos para

el sistema agua caliente-agua fra.

2. Estudiar el flujo en contracorriente para el intercambiador de carcasa y tubos.

3. Determinar experimentalmente los parmetros de operacin en un intercambiador

de calor de carcasa y tubos ya diseado.

1.0 TEORIA

El trmino intercambiador de calor engloba a todos aquellos dispositivos utilizados para

transferir energa de un medio a otro. Los radiadores de calefaccin, los calentadores

de agua, las bateras frigorficas, etc. son algunos ejemplos de intercambiadores de

calor.

En los procesos industriales el calor se transmite por diferentes mecanismos,

incluyendo conduccin en calentadores de resistencia elctrica; conduccin conveccin

en cambiadores de calor, calderas, condensadores, etc. Los cambiadores de calor son

tan importantes y tan ampliamente utilizados que su diseo se encuentra muy

desarrollado.

Dentro de los intercambiadores de bancada de tubos, el ms sencillo de todos es el de

paso 1-1. Este se caracteriza porque existe un solo paso del fluido del lado interno de

los tubos y otro paso del otro fluido del lado de la carcasa (afuera de los tubos).

Figura 1. Intercambiador de calor del tipo 1-1.

En la figura 1 se muestra un intercambiador de calor del tipo 1-1, utilizando los

siguientes smbolos para la temperatura:

Tha: Temperatura de entrada del fluido caliente.

Thb: Temperatura de salida del fluido caliente.

Tca: Temperatura de entrada del fluido frio.

Tcb: Temperatura de salida del fluido frio.

16

El comportamiento de este sistema se puede ver reflejado en la figura 2 y corresponde

a un comportamiento muy similar al de flujo en contracorriente.

Figura 2. Comportamiento de la temperatura a lo largo de la tubera.

La curva Tca-Tcb se aplica al fluido del lado de la carcasa, que se supone que es el

fluido frio. La curva Tha-Thb corresponde al paso del lquido del lado de los tubos.

2.0 MATERIAL Y EQUIPO

Materiales:

3 Beakers de 1000 ml 1 Agitador de vidrio

2 Probetas de 1000 ml 1 Contenedor plstico de 5 galones

2 Soportes Universales 2 Recipientes plsticos de 2 galones

2 Pinzas de extensin

2 Nueces para pinzas de

extensin

4 tapones de hule

Equipo:

1 Recipiente con termostato para agua 3 Termocuplas

1 Intercambiador de calor de paso 1-1 1 par de guantes de asbesto

1 cronmetro

Agua caliente y agua del chorro

1 intercambiador de paso 1-1

4 tapones horadados

2 mangueras

Tuberas de cpvc de diferente longitud

Accesorios para tuberas

17

1 termmetro

2 cronmetros

1 par de guantes de asbesto

3.0 PROCEDIMIENTO

1. Caliente 12 litros de agua en el recipiente calentador (si se dispone de ms de uno,

es mejor) hasta una temperatura de 65 C.

2. Arme el sistema que se presenta en la figura 3. Asegrese de posicionar el

recipiente en la altura necesaria. Esto garantizar que el flujo sea el adecuado para

la transferencia. Una de las mangueras se conectar al chorro de agua, no a un

recipiente como aparece en la figura.

3. Vace 10 lts de agua calentada anteriormente, en el recipiente para agua caliente.

4. Dejar correr el agua de enfriamiento mientras se llena el recipiente de agua

caliente.

5. Al estar lleno el recipiente de agua caliente abrir la vlvula de salida del

intercambiador.

6. Esperar unos 5 o 10 seg y tomar las temperaturas de entrada y de salida de ambos

fluidos.

7. En este mismo lapso medir el caudal de ambos fluidos.

8. Recuperar el agua caliente en un recipiente para volver a calentarla y repetir la

prueba.

Figura 3. Diagrama de la disposicin del equipo a utilizar.

4.0 CLCULOS EXPERIMENTALES.

Con los datos obtenidos anteriormente debern calcularse:

- Coeficientes convectivos de transferencia de calor de ambas tuberas.

- Coeficiente total de transferencia de calor de las tuberas.

- El calor transferido.

- La eficiencia del intercambiador de calor.

- El calor perdido al ambiente debido a las condiciones no adiabticas del

intercambiador.

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REPORTE DE LABORATORIO.

PORTADA

NDICE

OBJETIVOS

INTRODUCCIN

1.0 TEORA APLICADA AL LABORATORIO

2.0 MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO (con esquema de la disposicin del equipo)

3.0 PROCEDIMIENTO

4.0 RESULTADOS

4.1 Datos

4.2 Clculos

5.0 CUESTIONARIO

6.0 CONCLUSIONES

7.0 RECOMENDACIONES

8.0 REFERENCIAS

8.1 Bibliogrficas

8.2 Personales

8.3 Documentos

8.4 Internet

9.0 ANEXOS (si los hubiere)