laboratoria de ingenieria quimica

CÁLCULOS TÍPICOS

Objetivo 2. Determinar las perdidas de calor al ambiente del Evaporador Vertical [Qamb (W)] operando solo con vapor, a dos presiones de operación. Calcular usando balance de energía.

Para el desarrollo de este objetivo se trabajo con la presión de operación de 10 psig, se recolecto un flujo másico de condensado que se calcula con variables que son datos tomadas de la Tabla I ymediante el uso de la siguiente ecuación:

(I)
Donde:
: flujo másico de condensado (kg/s)
: masa del beaker lleno (kg)
: masa del beaker lleno (kg)
: tiempo de recolección (s)

De esta forma para las tres primeras corridas se tiene:




Finalmente,


Para la temperatura de condensado se calcula un promedio, tomando los datos recogidos en la Tabla I:



Para realizar el cálculo delcalor que se pierde al ambiente se empleo la I ley de la termodinámica:
(II)

Donde:
: variación de la energía cinética
: variación de la energía potencial
: acumulación
: calor
: trabajo de eje
: trabajo de cilindro pistón

Haciendo uso de esta ley en el evaporador vertical (VC I), se tiene que:
(III)
Donde:
: calor que se pierde al ambiente
: flujo másico total (kg/s)
:entalpia de vaporización a la presión de operación

De las tablas termodinámicas se obtiene la entalpia de vaporización a la presión de operación (P=163,3954kPa)

: 2219,59 kJ/kg

Como se desconoce el valor del flujo másico total para conseguirlo se plantea un balance de masa en trampa de vapor de vapor (VC II):

(IV)
Donde:
: flujo másico que se pierde por vaporización súbita (kg/s)Además, se plantea un balance de energía en el mismo VC II:

(V)
Donde:
: calor en la trampa de vapor
: entalpia de liquido saturado a la presión ambiente

De las tablas termodinámicas se obtiene la entalpia de liquido saturado a la presión ambiente (P=94,4709kPa)

: 417,46 kJ/kg

Para calcular el calor en la trampa de vapor se utilizo la ecuación de convección, de forma tal que no seconvirtiera este proceso en un método iterativo:

(VI)

Donde:
: coeficiente convectivo en la trampa de vapor
: area de transferencia de calor en la trampa de vapor
: temperatura de pared en la trampa de vapor
: temperatura ambiente

La temperatura de pared en la trampa se calculo como:



El coeficiente convectivo se calcula como:

(VII)
Donde:
C, b y n: constantes que dependen del número deRayleigh

Para calcular el número de Rayleigh, se empleo la temperatura de película para evaluar las propiedades del fluido a la misma y así los números involucrados en el cálculo del mismo numero de Rayleigh:

(VIII)
Donde:
: temperatura de película (K)

(IX)
Gr = 20274250,38
Pr = 0,70017

Los valores de los números anteriormente escritos se extrajeron de las tablastermodinámicas a la temperatura de película



El rango en el que se encuentra comprendido es de < Ra< por lo que las constantes para calcular el coeficiente convectivo son:
C: 1,42
n:1/4
b: L: altura del la trampa de vapor: 0,155m


El área de transferencia de calor en la trampa de vapor se calcula como:

(X)

Donde:
D: diámetro de la trampa de vapor
H: altura de la trampa de vaporFinalmente, el calor en la trampa de vapor es:



Con este calor y resolviendo el sistema de ecuaciones (III, VI y V) se obtiene el calor perdido al ambiente para el evaporador a una presión de 10 psig:



Objetivo 3. Verificar si existen condiciones de subenfriamiento a la salida del condensador y su influencia en el proceso de transferencia de calor.

Para ello se hace necesario calcular latemperatura de saturación del agua mediante la ecuación de Antoine:
(XI)
Donde:
: presión ambiente (mmHg)
: temperatura de saturación del agua (K)
A,B y C: constantes de Antoine que dependen del fluido con que se trabaje (adim)

Las constantes de Antoine para el agua son:
A: 16,5362
B: 3985,44
C: -38,9974

De la ecuación (XI) se despeja la temperatura de saturación del agua para una presión...