Calculo de coeficiente experimental de calor

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INTERCAMBIADORE DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA 2 (SISTEMA AIRE-VAPOR)
Resultados Experimentales:
Temperatura de entrada del aire: 16°C
Presión de vapor: 1.2 kg/cm2

h (in Hg) temperatura °C Presión del aire (kg/cm2) Temperatura de salida del aire (°C)
2 50 0.35 50
4 54 0.45 60
6 60 0.6 70
8 64 0.65 82
10 66 0.75 90

Primero se procedió a calcular el flujo Másico del aire que alimenta alsecador. Se tomará como ejemplo la primera corrida realizada
W=0.0127SND^2 √ρ √h
W=0.127*0.53*10440*0.622^2*√0.07576957*√2=105.8335lb/Hr

W= Flujo masico (lb/Hr)
S=Coeficiente de descarga=0.53
h= Presion Diferencial en In deHg
N= Factor de Correlación del manómetro para el Hg=10440
D= Diámetro = 0.622
ρ=Densidad del Aire
Obtención del ρ usamos

ρ=[((11.33+P)/14.692)(520/(460+℉)) ]ρ1ρ=[((11.33+4.97859)/14.692)(520/(460+122)) ]*0.0764 lb/(ft^3 )=0.07576957lb/(ft^3 )

P=Presión Manométrica= lb/in2
ρ1= Peso Especifico del aire= 0.0764 lb/Ft3
⁰F= Temperatura del Aire
Conversiones utilizadas

0.35 Kg/(cm^2 ) X (14.223 lb/(in^2 ))/(1 Kg/(cm^2 ))=4.97895lb/(in^2 )

℉=(1.8*℃)+32

℉=(1.8*50℃)+32=122℉

105.8335 lb/hr X 0.45359Kg/1lb X 1hr/3600seg=0.013628Kg/seg

Conesto se obtuvieron los siguientes resultados:

T° F P(lb/in2) ρ aire W lb/hora W kg/hora W kg/seg
122 4.97805 0.07576957 105.833528 48.0050298 0.01333473
129.2 6.40035 0.08137113 155.105083 70.3541147 0.01954281
140 8.5338 0.0895214 199.250728 90.3781377 0.02510504
147.2 9.24495 0.09162686 232.764774 105.579774 0.02932771
150.8 10.66725 0.09738345 268.289349 121.693366 0.03380371Cálculos de coeficientes de transferencia de calor experimental.
Para la obtención del coeficiente de transferencia experimental se utilizará la siguiente fórmula:
U_exp=Q/ALMTD

Donde Q representa el calor total en el sistema es cual esta formado por:

Q_total=Q_vapor-Q_fluido-Q_radiación

Despreciando el calor de la radiación la anterior formula se puede reducir a la siguiente expresión:Q_vapor=Q_fluido

Por lo que se calcula el calor ganado por el agua en el sistema mediante la siguiente ecuación:

Q_fluido=mCp∆T

Donde m (masa) se obtuvo del flujo másico.El calor específico se obtuvo con la temperatura promedio (de entrada y de salida). Se continuará con el anterior ejemplo con una Temperatura de entrada de 16°C y una de salida de 50°C lo cual nos da un promedio de 33°C , locual en la literatura nos proporciona un Cp de 0.245 Btu/lb °F (Perry, “Chemical Engineers Handbook” 3ª ed, Mc Graw Hill, 1950). Transformando esta unidad a SI

0.245 Btu/(lb °F)×(1 kcal/(kg °C))/(1 Btu/(lb °F))=0.245kcal/(kg °C)
Con esta información podemos obtener ya el calor del sistema:

Q_fluido=mCp∆T

Q_fluido=0.01333473 kg/s×0.245kcal/(kg °C)×(50-16)°C=0.11107831 Kcal/s
Esteprocedimiento se realizó con todas las corridas obteniéndose los siguientes resultados:
W kg/seg T salida aire °C T promedio °C Cp
(Kcal/Kg °C) Δ T °C Q (Kcal/s)
0.01333473 50 33 0.245 34 0.11107831
0.01954281 60 38 0.25 44 0.21497091
0.02510504 70 43 0.2552 54 0.34596751
0.02932771 82 49 0.256 66 0.49552107
0.03380371 92 54 0.258 76 0.6628232

A continuación se procede a conocer el área detransferencia de calor, la cual se obtiene de la siguiente ecuación:

A=num.de tubos×longitud de tubos×a_t

Donde aT es la superficie por pie lineal y se obtiene de tablas(Tabla 11, KERN “Procesos de transferencia de calor”), conociendo un diámetro de ½ in, y una Ced=40, con un valor de 0.220 ft2/ft. El número de tubos es de 12 y la longitud de los tubos es de 111 cm Sustituyendo los valores enlas anteriores ecuaciones tenemos que
111cm×(1 ft)/30.48cm=3.6417ft

A=12×3.6417 ft×0.220〖ft〗^2/ft=9.6140〖ft〗^2
9.6140〖ft〗^2×(0.09290m^2)/(1 〖ft〗^2 )=0.8931m^2

El último dato que falta por conocer para calcular el coeficiente de transferencia experimental es el LMTD el cual viene dado por la formula:

LMTD=(〖∆T〗_2-〖∆T〗_1)/ln⁡〖〖∆T〗_2/〖∆T〗_1 〗

Por lo que para conocer el ∆T...
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