Trabajo de ascenso

UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE PROCESOS TRANSITORIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN FASE LÍQUIDA

Prof. Juan Bruce Acosta A.

Valencia, Julio de 2009

UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE PROCESOS TRANSITORIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN FASE LÍQUIDATrabajo presentado ante la ilustre Universidad de Carabobo para ascender en el escalafón del personal docente y de investigación a la categoría de profesor agregado

Prof. Juan Bruce Acosta A.

Valencia, Julio de 2009

Resumen

RESUMEN
La presente investigación tuvo por objetivo evaluar experimentalmente procesos transitorios de transferencia de calor en el banco experimental de intercambiadores decalor que posee el Laboratorio de Ingeniería Química, con el propósito de analizar el comportamiento dinámico de los procesos de calentamiento y enfriamiento de líquidos. Dicha investigación se realizó con la finalidad de ascender a la categoría de profesor agregado en la ilustre Universidad de Carabobo. Durante el desarrollo de la investigación se evaluó el estado actual del tanque enchaquetado yel serpentín en recipiente que posee el banco de prueba, con la intención de verificar su operatividad y establecer el procedimiento a utilizar durante la conducción experimental. Con el fin de evaluar la posibilidad de utilizar dichos equipos para estimar coeficientes globales e individuales de transferencia de calor, se modeló matemáticamente el comportamiento dinámico de los procesos deintercambio térmico que allí ocurren. Finalmente, se establecieron los cambios que deberían realizarse en los equipos ya mencionados, de manera de ampliar las combinaciones de fluidos y diversificar las condiciones de operación. El tanque de almacenamiento de agua caliente del banco experimental tarda aproximadamente 80 minutos en alcanzar condiciones estables, en donde se presenta un comportamientooscilatorio entre 57ºC y 60ºC con periodo de 20 minutos, debido a la presencia de un controlador eléctrico de temperatura con dos posiciones. Se observa un lapso de calentamiento de seis minutos y un intervalo de enfriamiento de catorce minutos. La curva de reacción de la temperatura durante el calentamiento del agua en el tanque con resistencia eléctrica indica que se trata de un sistema dinámico deprimer orden con tiempo muerto. Todas las curvas de respuesta de la temperatura, tanto en el tanque enchaquetado como en el serpentín en recipiente, son típicas de sistemas dinámicos de segundo orden con tiempo muerto, donde la primera constante de tiempo siempre es al menos

Resumen

doce veces mayor que la segunda, y el tiempo muerto es de 1,88 min para el tanque enchaquetado, y 0,84 min parael serpentín en recipiente. En ellas se refleja el comportamiento oscilatorio antes mencionado, debido a que el medio calefactor proviene del tanque de almacenamiento de agua caliente. El coeficiente global de transferencia de calor en el recipiente enchaquetado oscila entre 0,27 kW/m2K y 0,40 kW/m2K, mientras que para el tanque con serpentín se encuentra entre 0,42 kW/m2K y 0,63 kW/m2K; estosrangos están acordes con los presentados por Perry (1992) para la combinación agua–solución acuosa en serpentines y chaquetas. Si el medio calefactor circula por la chaqueta, su coeficiente individual de transferencia de calor por convección oscila entre 1,01 y 1,60 kW/m2K, mientras que cuando fluye por el serpentín se encuentra entre 7,69 y 23,55 kW/m2K. El coeficiente individual de transferencia decalor por convección del líquido contenido en el tanque con serpentín oscila entre 0,57 kW/m2K y 0,91 kW/m2K, mientras que en el recipiente enchaquetado se encuentra entre 0,53 kW/m2K y 0,85 kW/m2K. En este último caso, los rangos de variación son bastante parecidos entre sí, con una leve inclinación a favor del líquido contenido en el tanque con serpentín. Los fluidos seleccionados para...