Transferencia de calor camisa y serpentin

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUTRIAS EXTRACTIVAS 
LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CAMISA Y SERPENTÍN.
 
FUENTES MAGAÑA JOSÉ MANUEL
LAZCANO RODRÍGUEZ CAROLINA
GRUPO. 3PV51 
Profesora. Héctor Zamorano García
PERIODO AGOSTO – DICIEMBRE 2019
Fecha de entrega: 28/Octubre/2019
Tabla de datos experimentales
	Intercambiador
	Corrida
	Lectura del Rotámetro
L/min
	Pv, man kgf/cm2
	Tv
°C
	Tcc °C
	Tcf °C
	taf °C
	taf °C
	∆Zcf
	∆Ɵ min
	Camisa
	1
	8.8
	0.4
	103
	75
	30
	22
	52
	5.4
	10
	Serpentín
	2
	8.9
	0.35
	108
	55
	25
	25
	52
	8.5
	10
Secuencia de Cálculos
1.- Gasto masa de agua, Nota: el rotámetro tiene una capacidad de 21.41 
 
 
 
Camisa
 
Serpentín
 
2.- Gasto volumétrico del condensado
 
Camisa
 
Serpentin
 
3.- Gasto masa del vapor condensado
 
 
 
Camisa
 
Serpentín
 
4.- Calor ganado o absorbido por el agua (Qa)
 
Camisa
Serpentín
 
5.- Calor (cedido) por el vapor de agua (Qv)
 
 
Camisa
Serpentín
6.- Eficiencia térmica 
Camisa
Serpentín
7.- Coeficiente global de transferencia de calor experimental o sucio (Ud)
Diferencia de temperatura
Si el mezclado es homogéneo la temperatura promedio () del agua del intercambiador es igual a la temperatura del agua a la salida () por lo que:
Camisa
 
 
Serpentín
 
 
8.- Coeficiente de película interior 
Camisa
Nota 1: La corrección de la viscosidad se considera como 1 debido a que el fluido que se utiliza es un fluido poco viscoso.
Nota 2: Para este cálculo las propiedades físicas se evalúan a la temperatura de salida del agua ().
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Serpentín
Nota: Para este cálculo las propiedades físicas se evalúan a temperatura de película () del condensado.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.- Coeficiente de película exterior
Camisa
Nota 1: Para este cálculo, las propiedades físicas se evalúan a la temperatura de película (, en donde:
Temperatura de película (. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Serpentín
Nota 1: Para este cálculo las propiedades físicas se evalúan a temperatura de salida del agua ().
Nota 2: La corrección de la viscosidad se considera como 1 debido a que el fluido que se utiliza es un fluido poco viscoso.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10.- Coeficiente global de trasferencia de calor teórico o limpio (Uc)
 Camisa
 
Serpentín
 
12.- Diferencia de porcentual de los coeficientes y .
Camisa
 
Serpentín
 
13.- Factor de incrustación
Camisa
 
Serpentín
 
Tabla de resultados
	Corrida
	
 
	
 
	
 
	
 
	
	
 
	
 
	
 
	 
	
	
	1
	525.8986
	20.58696
	15761.1798
	11108.7257
	141.88
	461.2578
	561.3772
	5628.2005
	481.3514
	0.00905
	4.1744
	2
	530.838
	32.44152
	14318.3128
	17505.444
	81.79
	495.5119
	15353.744
	845.04100
	758.3633
	0.0699
	34.6603
Análisis de resultados
De acuerdo a los valores obtenidos experimentalmente podemos observar que el intercambiador de serpentín presenta una mayor eficiencia que el intercambiador de camisa, pero los valores obtenidos son erróneos ya que para el intercambiador de serpentín se obtiene una eficiencia mayor al 100% lo cual indica que existieron errores a la hora de la experimentación ya que como sabemos las eficiencias de los equipos no pueden ser mayores al 100%. A la hora de revisar los datos pudimos observar que el error en este intercambiador fue a la hora de la toma de temperaturas ya que el tablero arroja un valor más alto que el que se tomó experimentalmente con el termómetro y para realizar los cálculos se utilizó la temperatura indicada por el tablero. El intercambiador de serpentín de acuerdo a los valores experimentales muestra una eficiencia muy pequeña en comparación con el de serpentín, lo cual también nos indica que existieron errores en la experimentación pero esto pudo ser debido a varios factores ya que a la hora de la toma del volumen del condensado se observaba que el volumen era muy alto en un tiempo muy pequeño en comparación con el serpentín que ese si logro completar los 5 minutos, el de camisa apenas completo 1.36 min y se llenó todo, esto nos indica que la trampa de vapor pudiera no estar funcionando o el bypass
Las mediciones a la hora de experimentar deben ser muy precisas ajustadas al tiempo que se está utilizando, ya que si dichos valores no se toman justo al momento va arrojar consigo valores erróneos. Al realizar los cálculos alternos para observar en que datos pudo existir un error en la medición, se modifica el volumen tomando en consideración que pudiera existir un error a la hora de tomar el volumen del condensado obtenido en dicho tiempo, modificando el valor experimental de 1320 ml a 1400 ml, la eficiencia registrada con 1400 ml es del 99%, es decir uno de los errores pudo ser en este valor. A su vez la temperatura de agua caliente obtenida del tablero es mucho mayor a la obtenida experimentalmente con el termómetro, por lo tanto este pudiera ser otro error de medición que podría afectar los valores de los coeficientes globales de transferencia de calor.
Objetivos
Durante la práctica aprendimos que el comportamiento del intercambiador de calor de camisa y serpentín tiende a variar, ya que con uno se obtiene una mayor eficiencia trabajando a las mismas condiciones de presión y gasto volumétrico del agua. Así como observar dicha variación entre los coeficientes globales de transferencia de calor experimental y teórico y con ellos comparar cuál de los dos intercambiadores de calor presenta un comportamiento más favorable de acuerdo al uso al que quiera dársele. 
Introducción
En la práctica de intercambiador de calor de camisa y serpentín se suministra agua así como vapor saturado, para con ello exista un cambio de fase. Se inició la práctica verificando que todas las válvulas del sistema se encontraran cerradas, para después abrir la válvula de alimentación de agua y con ello abrir todas las válvulas que suministren la línea de agua a ambos equipos. Una persona estaba encargada de la alimentación de agua al fría al tanque teniendo cuidado de que el tanque no se derramara y saber en qué momento cerrar dicha válvula que lo alimenta. Posteriormente se energizo el tablero y se enciende la bomba para con ello fijar el gasto de operación que se va a manejar durante la experimentación. Se procede a abrir las válvulas de la línea de vapor, excepto la reductora de presión y la purga, estas se abren después de verificar que toda la línea de vapor alimentara al equipo. Se ajusta la presión a las condiciones de operación que se va a trabajar durante la experimentación y se procede a accionar los agitadores de los intercambiadores de camisa y serpentín.
Dos personas se encargaban del intercambiador de camisa y las otras dos de serpentín. Para el intercambiador de camisa se tenía que mantener un nivel de agua y estarlo regulando para que este no se derramara, a su vez se tenía que estar observando la presión y en caso de que esta variara teníamos que regularla para mantenerla en el valor predeterminado así como el gasto volumétrico del agua. Una vez alcanzado el régimen permanente se procede a la toma de lectura del desplazamiento del tanque de condensados y las temperaturas, una vez transcurridos el tiempo especificado. Por otro lado, para el intercambiador de calor de serpentín se realizó lo mismo hasta lograr el régimen permanente, una vez logrado este régimen se procede a la toma de lectura de los datos experimentales transcurrido el tiempo determinado.
Finalmente se cierras las válvulas de la línea de vapor y dejamos que el equipo se enfriara dejando fluir agua, transcurridos 5 minutos se apaga la bomba y se cierran todas las válvulas de la línea de agua para proceder a cortar el suministro de energía.
Operaciòn del equipo intercambiador de Calor de Camisa y serpentín
Verificar que todas las válvulas del sistema se encuentren cerradas.
Finalmente cortar el suministro de energía.
Alimentar vapor a la camisa y purgar sobre el equipo.
Alimentar agua al enfriador de condensado.Regular el flujo de agua a la salida de los cambiadores de calor, para mantener el nivel de agua en el intercambiador.
Regular el gasto volumétrico de agua a un valor determinado.
Llenar con agua el intercambiador de camisa y serpentín hasta el nivel indicado.
Abrir la válvula de recirculación de agua de la descarga de la bomba al tanque de alimentación y accionar la bomba. Abrir las válvulas de alimentación al tanque de serpentín.
Cerrar la válvula principal de la línea de agua y verificar que todas las válvulas estén cerradas.
Desactivar los agitadores y las bombas centrifugas.
Cerrar toda la línea de vapor y dejar enfriar los equipos durante 5 minutos aproximadamente, operando con agua.
Fijar nuevas condiciones de operación como son la presión o gasto de agua y buscar nuevamente el régimen permanente para proceder a la toma de los datos experimentales.
Operar el sistema hasta obtener el régimen permanente, una vez obtenido tomar los datos experimentales.
Fijar la presión de trabajo y accionar los agitadores de ambos intercambiadores de calor. 
Abrir la válvula de alimentación de agua y energizar el tablero.
Observaciones
Durante la experimentación pudimos observar que la presión no se mantenía constantes entonces debía haber una persona checando en todo momento el tablero y en caso de que aumentara volver a ajustar a las condiciones de operación establecidas previamente. Por otro lado, las temperaturas es preferible tomarlas experimentalmente como se hizo con el intercambiador de camisa ya que en el de serpentín se tomaron las que arrojaba el tablero y la temperatura de agua caliente que presentaba el tablero estas más alta a comparación con la tomada experimentalmente.
Así mismo, es de suma importancia estar al pendiente del tiempo y cuando se cumpla dicho intervalo toma con mucha precisión los valores de desplazamiento del tanque de condensados, así como sus temperaturas, ya que como se puede observar en los cálculos algunos valores fueron tomados erróneamente y esto influyo a la hora de realizarse los cálculos.
Conclusión
Determinar el comportamiento de un intercambiador de calor de camisa y serpentín es de suma importancia para poder observar la eficiencia del equipo en cada uno y compararlas entre sí para escoger cuál de los dos nos conviene más, y cual es más factible dependiendo de la operación en la cual se busca aplicar dicho intercambiador.
Como se puede observar con los valores obtenidos experimentalmente el intercambiador de calor de serpentín presenta una mayor eficiencia, como se puede observar en literatura los intercambiadores de serpentín sueles ser más eficientes a comparación con los de camisa.
Anexo
Constantes
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
	Nomenclatura
	Dato
	Unidades
	
	Diámetro de la camisa
	
	
	
	Longitud de la paleta
	
	
	
	Altura de la pared de la camisa
	
	
	
	Longitud del serpentín
	
	
	
	Diámetro interior del serpentín
	
	
	
	Diámetro interior del serpentín una vuelta
	
	
	
	Número de revoluciones del agitador
	
	
Marco Referencial
Un intercambiador de calor es un sistema construido para llevar a cabo la transferencia de calor de un medio a otro. Algunas de las aplicaciones paras los intercambiadores de calor son; la calefacción, refrigeración, aire acondicionado, plantas de energía, plantas químicas, plantas de petroquímica, refinerías, procesamiento de gas natural.
Los intercambiadores de serpentín presentan una eficiencia mayor a comparación con los de camisa. En la industria uno de los intercambiadores de calor más utilizados son los de camisa y serpentín, estos ya sea utilizados en reactores, tanques de almacenamiento y otros equipos.
Intercambiadores de camisa
El propósito de este equipo generalmente es calentar contenido del recipiente. Son menos eficientes que los serpentines, tienen mayor costo inicial y suelen ser difíciles de limpiar mecánicamente porque el acceso al interior de la camisa es muy complicado. En comparación con los serpentines, las camisas son una pobre elección. 
Las chaquetas o camisas de calentamiento consisten en un tanque con doble fondo por el que pasa el agua o el vapor de calentamiento .Los intercambiadores de camisa en la industria son utilizados para procesar lotes en donde la diferencia de temperatura de calentamiento o enfriamiento no es constante. La camisa en un intercambiador provee el método adecuado de calentamiento o enfriamiento en términos de control, eficiencia y calidad del producto. Existen varios tipos de camisas destacando en su uso la camisa convencional, la de ojuelos y la de tubo de media caña.
Intercambiadores de serpentín
Los intercambiadores de serpentín son usados en casos en que no existe mucho tiempo o dinero para adquirir un equipo comercial, ya que son fáciles de construir. Al ser fácilmente movibles y transportables se usan mucho para instalaciones provisoras. El rendimiento de intercambio es bueno y son fáciles de limpiar exteriormente. La limpieza interior generalmente no es problema, ya que la aplicación más frecuente es para calentamiento, generalmente vapor. El vapor no ensucia, pero es bastante corrosivo.
Los serpentines son tubos arrollados en espiral que se colocan en el interior de los tanques a los que se desea calentar o enfriar. Por lo general por el interior del serpentín se introduce el agua de enfriamiento o el vapor de calentamiento. El serpentín proporciona unos de los medios más baratos para la transferencia de calor, este puede ser de diferentes tipos, siendo el más común el serpentín bafleados y el serpentín helicoidal. 
Bibliografia
· Donald Q. Kern. (2009). Proceso de Transferencia de Calor. México: Grupo Editorial Patria.
· Dosinda González – Mendizabal. (2002). Intercabiadores de calor: Tipos generales y aplicaciones. 9/04/19, de Universidad Simón Bolivar. Sitio web: https://es.slideshare.net/yumardiaz/intercambiadores-decalortiposgeneralesyaplicaciones
· Jorge A Rodríguez. (2009). Intercambiadores de calor. 9/04/19.Sitio web: https://www.webaero.net/ingenieria/equipos/Estaticos/Intercambiadores%20de%20calor/Bibliografia_Documentacion/previsualizacion/prev_Apuntes%20modernos%20sobre%20intercambiadores%20de%20calor.pdf