DESCUELA S U P E R I O R POLITECNICA D E L L I T O R A L Facultad de Ingeniería Mecánica “ANALISIS TERMICO D E U N C ALENTADOR - MEZCLADOR PARA LA ELABORACION DE ACEITE LUBRICANTE” PROYECTO DE GRADO Previo a la obtención del Título de: INGENIERO MECANICO Presentado por: Eduardo Germán Córdova Romero Guayaquil - Ecuador 1990 ESCUELA SUPERIOR POLITEGNIGA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA MEGANIGA ANALISIS TERMIGO DE UN GALENTADDR-MEZGLADDR PARA LA ELABORAGIDN DE ACEITE LUBRICANTE PROYECTO DE GRADO PREVIO A LA 5BTENGIC)N DEL TITULO DE INGENIERO MEGANIGO PRESENTADO POR EDUARDO GERMAN GORDWA ROMERO GUAYAQUIL - EGUADDR 1990 A G R A D E C I M I E N T U D E D I C A T O R I A DECLARACION EXPRESA _I._“”. . . . --.“_.-.I.“.“-..” “--.- .__--.” Dr. Alfredo Barriga F DIKEChR DE PROYECTC MECANICA FACULTAD MIEMBRO DEL TRIBUNAL rge Duque R. Ing. Francisco Andrac MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAI RESUMEN Se anal j. za en este t r a b a j o el cal ent.ami ento de aceite 1 ubr-i cante en un cal entador--mezcl adov F el. cual consi ste de un t a n q u e ci 1 Pndrico d e aprox i madamen te 14 m dentro del cual el aceite Yy . ...s de capacidad cal e n t a d o es d e s d e l a temper-atw-a a m b i e n t e h a s t a 60 OC mediãr~te d o s s e r p e n t i n e s , el l o c a l i z a d o Eon l a p a r t e i n t e r i o r e n e l Ll 1-l 0 recipienteY 1 atEra ,f ando e l . o t r o sol.dado e x t e r i o r - m e n t e a y del t a n q u e . r-xi r-ccrl ãri (31-i E l aceite cw) !.!r-ta bomba d e toma el. aceite desde la masa d e 1. -7 .J e5 a c) i t a d o 1 L5 m /h d e parte inferior la del pared medi ante que capacidad y lo mezcla con la m i rsmo medi a n t e u n a t o b e r a u b i c a d a e n 1a parte i n f e r i o r d e l .tanqut?. Mediante mediciones de temperatura realizadas duat-ante el transcurso pF-r-d:i das del pr-oceso d e calentamientos se ralcul.aron l a s d e calor- d e l r e c i p i e n t e e n un v a l o r igual a l 3% d e 1 a ener-gi4a q u e absor-be e l a c e i t e . En b a s e a val ore5 estoc se obt i ene la ecuac i dn de cal entami ente d e l a c e i t e y c;e evalihan 1 . ~3s c o e f i c i entec d e tu-an5f er-encj. d de manera calor exper i mental i nvol ucr-ados. el coeficiente Se determina convectivo de promedio VII entre el cI aceite y la pared del final entre del andlisis el incrementar ss detecta que existe ser-pentin lateral de aislar inconveniencia tanque. y la pared. Se todo el rapidez: de calentamiento. existir buena minutos que junta, demora mala determina '1~ recipiente part; Se calcula que de el tiempo se reducirla actalmente junte el desde proceso, 15f ( aproximadamente 95 minutos y que, de reducirse el paso del serpentin lateral a la mitad, aproximadamente 75 minutos. el tiempo se reducirla i INDICE GENERAL RESCJMEN 1 NI) 1 C::E CXNERCX S 1 MBCILQG 1 A 1 N”rRclDUCC I CIN 1 II FlJNDf3MENTI35 GENERALES 1.1 Ob..j et i vn5 1 .z AI cance 1.3 Ju!stificacidn ELAB#RCSC J CIN IE ACE I-ES L;EH Y CANTES 2. 1 Genw-al i dades 2.1.1 IntraducciBn 2.1.2 Indice d e Viwzasidad 2 . 1 . 3 Raszs L u b r i c a n t e s 2.1.4 Aditivafs 2. 1 .L 5 Prncesm de Elaboracittm de Lubricantes III 2 . 2) Recipientes Agitados 2 . *I Ihzscripcic3n d e l C a l e n t a d o r - M e z c l a d a r 2. 4 Clperaci 2x3 FtNAL... 1 S 1: S TERM 1 CLï Y CAL.CUL.OS 3. 1 ME-C: an i smar, d e T r a n s f e r e n c i a d e Calur y bal ñnc de Energl a. 9. 2 CXlculn de 1 as Pàrdi das de Calor del Tanque IX Ba1 ãrICP del Enerc)a”a y Ubtencidn d e l a de Ecu S i stema ca1 c u l o Ccmf iriente deI Tranr;ferencia de cal Qr” en 81 obal el de Serptzntln del Fondo (Uf ) . Tr-ansf d e l C o e f ic:iente G l o b a l de ca1 cul n erenc=i 63 d e c a l o r e n 1 a Parte Lxteral (IJI). yr .J. 5. i cEi1cu10 del Cneficiente Convec t i vc3 en 1 a P a r e d Intarinr d e l Tanque 3 . 3 . 2 C b 1 C LI I 0 de Ia R e s i s t e n c i a d e Cantactc:3 de1 Serpentl’n 1 at.eral CAl cul CI la Cantidad de de Condensada en lus Serpentines C:&lculo d e l C a e f i c i e n t e Blnbal 113. s i e l Serpetlln Ecïtuvi w-a C o n t i n u a m e n t e *iaïdado P 1 a Pared del Tan que CXIlCUlD Tanque del Tiempo d Rnàl i I;irj CONCLlJS 1 UNEB Y RECTJMENRAC I UNES - FIEuRA8 - TABLAS C a l entami ente Fji e l E s t u v i e r a Campì etamente Ui 51 adu l?esul tadoc; y WENDJCE e SItlBOLl3GIA A e-ea Ami n Area mx’ni ma Ac k-ea d e l Aï Ar ea mddul u 1 atera ClE?1 tanque abrazado por el r;erpentfn 1 atera f2rc.53 d e l zxs-pent31n d r l fonda h-ea t o t a l d e trans+erencia d e c a l a r C a p a c i d a d calarlfica Di &metr-(3 Di %metro exteriw DiT<metro i n t e r i o r N e p e r i a n o 2,7182 Esptxwr d e la pared Mrnt-ro d e 13rae;ho.f del t u b o Flujo Coeficiente carnbi nado de convt-ccidn Y radiacibn tic Cue+iciente cunvc;ctivu ni C a e f i c i e n t e c o n v e c t i v o intw-iar no Coeficiente t-la C o e f i c i e n t e convectivo d e s d e ïa p a r e d c a l i e n t e cunv~ctivu e x t e r i o r d e l t a n q u e h a c i a rl a c e i t e XI HP- C::neficientr2 d e Hfg Ental.pPa d e rondensacibn t&r-mica d e 1 /Hi nc Resi steric i a .j Fractor j radiaciczln de las Col b u r n par-a i ncrustaci43ne~5 transferencia d calor Y Joule p5 C o n d u c t i v i d a d t&rmic:a KJ b:i lo.joule L. L.ongitud de 1 ~sl al eta 1 l-l L.oyar i tmo natwal m F l u j o mAr,ico M Masa d e l N Ntimeru de tubas Pr Nt3mcw o de Pr andt 1 Ra C a l o r abzxw-vido p o r e l acreite Qv Calor cedido par el vapor Rr Calcw p o r RE- NBmero d e Reynol ds Hinc Resi stenci a debido a i ncrustaci enes F¿re>: t Weaistencia fi lmica e x t e r i o r Rcont R e s i s t e n c i a de c o n t a c t o Ri nt R e s i s t e n c i a fl’lmica i n t e r i o r Rtubo R e s i s t e n c i a de l a pared d e l t u b a Aceite radiacic5n Serpentfn del f o n d o Serpentf n I ateral Temperatw-a d e l aceite Tempw-atw-a ambi ante e XII TV Temperatura del. vapor- ni T e m p e r a t u r a d e 1st masa p r i n c i p a l ‘l-f Tempw-atura t Espez+cw- d e p a r e d l.\ vi scu-ii dad di nAmi ca u!iii Vi scusi dad f ì 1 mi ca temperatura de dinAmica a la la di nAmi ca a 1 a temperatura de la pared. Llb Vi ~jc:osi dad m a s a p r i n c i p a l I< Ul Cheficiente g l o b a l d e t r a n s f e r e n c i a d e ralar en Uf C:oef i ci e n t e global d e transf erenci a d e c a l o r en ut. l a parte l a t e r a l el. E;erpentPn d e l C:orf i c i e n t e fondo global total de transCerencia d e cal c3r i: Ch1 i dad de vapar >: Distancia desde l a Xb Ee;pec;or d e junta s o l d a d a W watti 05 v Ve1 oc:i dad (3 C o e f i c i e n t e d e expancich t&rmica A Di f er-enci a r-al*: d e < Emi si vi dad normal P Dencji dad tr Chnstante d e .fr 3.1416 7 C::on5tant.e d e t i e m p o la aleta Litefan Eotlzmann XIII INTRODUCCICJN El prcxeso d e es-1 a b n r a c i bn d e a c e i t e s 1 u b r i canter; pl a n t a 5 d e aceites base la nuestru paSs cansi ste en 1a mc;zcX a df2 ctnd c3 ma expresamente 62.j emp lo en CEPE y cun aditivas eri pr opcw c i c3nrñ p a r u n a +ormu.i acic”Jn d a d a par- Ia C:RS’1”RC31.. !# VEEDCX :, etc. J +abr i que d e t e r - m i riadc:, t i po d e acc-i t e . que indicada mar-Ca w3licita (PO Y; xv CAPITULO I FUNDAMENTOS GENERALES I 1 OEJETIVOS 17 18 1 .3 JUCTIFICACICIM C~FITULO I I ELABORACION DE ACEITES LUBRICANTES Y DESCRIPCION DEL SISTEMA 2 . 1 GENERALIWtDES 20 :;;: ~ 1. ” ::; _..__..,,......_...., 13&?“2 li’ :8 .._,..pq -. ..,__.._ 1. .<......,..-......-..........-.......” ..L.{l-, r j. c 3 l-1 1: f? !r.: ...--. 22 23 25 2 ,..., a t .,<.. ..: ..“. 4 ,«. d?( _... d i t: .<... i. ‘V c3 1:” . ..? 26 27 28 2.2 HECIPIENTES FIGITFIDOS p r u d i r c i rse curl uri d e t e r m i n a d u t i pu c l e agi t . a c i 6 r 1 aai 30 2 . 3 DESCRIF’CICIN D E L CALENThDOR-MEZCLADOR (BLENDKNG) i 2.4 OPERACION 32 CAPITULO 3 ANALISIS TERMICO Y CALCULOS 3.1 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y BALANCE DE ENERG 1 A En la Fig. Zr r an srn i t. Ldos 2 pndemas c3b-íervar l a m a n e r a en e l . calcar a l aìcei t e , fuentes, e l d e l f o n d o (Sf 1 s s e r p e n t i ne . 5e pr-ocede d e serpwutln lat.eral (51> y el serpentl” eJ v a p o r , a 160 OcI se c o n d e n s a e n sic? condensado este Y inmediatamente este c a l o r q u e lcxz c?xpul Eel clc? 1 os rni w-nos medi ante senda% trampaE d e vapor- I as cual es t i enen u n a c=apaci d a d d e d r e n a j e d e condensado Uentro d e c a l cw por de 2.h50 Ib/hr los s e r p e n t i n e s , II .2OC) desde kg/hr) a 75 psig. el. v a p o r s e t r a n s m i t e canveccifin a 1 a p a r e d d e l t u b o (Hi 1 1 ueqo por canduccir3n a traves deï m i s m o (CC) y f i n a l m e n t e , en el CdSO canveccif3n tubo eF>ta, deï serpent.Sn Ha, cal i enta en por f o n d o al acei tr por e l c a s o d e l serpent2ri l a t e r a l el cundurcidn 1 . a p a r e d d e l actuando romo una calentar-~ del tanque y zwperficie e x t e n d i d a d e l . t u b o 231. a c e i t e p o r cunveccibn (Ha) n 34 Se pierde c a l o r del a travki ai ~1 a n t e , t r a n s m i t e p o r canducciBn hasta l a sx~perficie mi del smu cunvecci 6n simi l a r y al12 de nat11ra1 es radi y removi d o e l aci dn al ZiE? el cual ex t er i cw- calor par casa ambiente, s u c e d e ccm ï as par-l-dec s i n a i s l a r q u e p i e r d e n I L!p ) d e 1 a s i g u i e n t e m a n e r a , 1 a masa d e xei t e cal (3r cal i enta calor la se pared transmite del tanque pur cunvecci&? 1uec)o e l p a r conduccibn h a c i a la super-.F i c i e exter-ior d e l a p a r e d y de a l 1 i el ca3or es transf eridcs a l a m b i e n t e p u r - conveccibn n a t u r a l y radiacibn. El med en primer p”!“a que damos e n an&lic;ia es l e l i c i an d e temperaturar.s e n 105 p u n t o - ; q u e se l a -7 ‘2 !l Fiq. adem&r;; d e la temperatura del EYstas t e m p e r a t u r a s f u e r o n t o m a d a s d e c i d e tia^;ta cal. enkami entc3 c-ï S i nal !whal ãn ac:ei t e . e l i n i c i o de1 mismo, y del rst%n e n l a t a b l a 1 e n l a q u e consta tetmbih tabu adac, a el t i empu t r a n s c u r r i d o desde e l . i n i c i a del caIsnt.~miento. S e r e a l i z a r o n rnediciunes en t r e s t a n d a s distintas el aburaci brc en muc ha 1 ac; tres rwsuï t.ados tercera tanda en llY4 med i c arraj ando i c.ries d e mayar tienen en similares, IDC<EXZ a 1 a e x p e r i e n c i a de 1 as doS; an%eriores f u e realiza d a cuidadu y wx~ ew~-; resuï tadns 1 c3ei q u e la tabla 1. E n er,a t a n d a se producl an 9 . sc:, ~ de con SE! 50’7 d (?? 1: i 1 ngr arnas de camposi c i bn na p u e d e s e r r e v e l a d a d e b i d a a raxc3nEsE; de patel-i'te. aceite SAE CUYi f&mul ã las 35 z i L i de rnedi ci enes l..as l.\SiAndo dos precisii-rn termometros tipn termac:i.~p1 ac; temperatura de? 1 K !# pElri3 poder plKltos Ta y 10 digitales rango de -2C) Se p e r f o r a r o n OC. ai sï ant.e 53, f uf3rc)n hacer 11 a5 de ef ectuñdas pared &\ con 1280 oc aguj w-os e n e l . en medi ci anes y los ii. 3.2 CALCULO DE LAS PERDIDAS DE CALOR DEL TANQUE E.. s t. ã s pt-rdi das coeficientes paredes convectiva del tan que t.emperatc.~r-c7c~. y cal tul amas 1 as (WC) y d e b i d o +zval uando radiativc, a yuF- (t-k-1 las 1 ar, de ccinocf-mas El caeficiente canbinado d e sus conveccic? radiaciBn ser& abtenidu y p o d r e m o s calcular e l c a l o r EE> asi per-di do. 1. a c 1.1 a 1 cumo se ha cunst.rruido X a t a b l a coeficientez3 tenernos t.abul ados EJS~cx 2 y en el c:alor emane<do p o r 1 a p a r e d 1 ateral sin aie;l ar y p o r 1 a tapa CpIE? 5Ot-l temperatura. de l a s m&s g r a n d e s àreas y l a s Veamos u n ejemplo mayor de ctimo c;e c a l c u l a r o n e s t o s coeficientws. CSlCL!lG CkI cueficiente _-.. --....-.“...z-.::..““-~I c o n-..._ v e“.-“.c..“---“c - t i v o - (t-k) ” . ..-” -..-. “” pa<rag:b lateral n I ai n q u -.-.. A.. t a “...“._“II ..--”e -.islar--1- “.“-- del I”I ---._---.... * s .”i_I_... !2!2 l a 36 donde L zz: 2.13 m Pt1 tura de 1 a z 7 pieS Ref.2, y sel rcci unamns pared sin f h-mu1 ã del ai 51 ar- 2zJy, pacj. c o e f i c i e n t e d e canveccihn n a t u r a l tic. donde AT -2 (TX -... Tam) en O E:: la H c = 1 J 37 W/mz C:o~)f c i ---. ente ti& fLaLajwzt&fi Hr “.“..“.“.L”...“.”i .---“2. “- .-- P a r a ha1 1 ar este coefici ent.e d e b e m o s c a l c u l a r e l calw p o r - radiatrih-3 (13r) . Qr E!I c a l o r t r a n s f e r i d o a l a m b i e n t e p a r radiacibn W u 2.c 5 y b 7 ox 1 0 >r .e -’ -43 W/mz Q K adi menr;i onal t:,myrJ a..~perf i c i e Ref. &$ Tl 3 z 334 Tatn :ï: ?jC:> 1 Conritante de CJtef an Ea1 tzmann - etni si vi dad normal d e q u e estA p i n t a d a c:on p i n t u r a Pag . 14,7h lli2 z 4 l a amar i 11 a 97 tabla 4.1 h-ea d e la pared 1 ateral sin aicjlartte 05:; t e m p e r a t u r a d e l a pared OK temperat.ura a m b i e n t a l (Jr- z 5 9 h’7C)X 10 (Zr- = - 8 Hrnt7’1 - - XI:), 94x 14, 7h>: (504 4 -- 361 4 ) ‘l-am) H r cueficic-rrte d e t r a n s f e r e n c i a d e c a l o r p u r radiacidn 38 CI = Y4,7& m2 Brea d e p a r e d 1 ateral s i n ai ~1 a n t e Tl = srl QC T’am = 2 8 oc de donde Ent.unctzc e l c a e f i c i e n t e c o m b i n a d o d e t r a n s f e r e n c i a d e Ih? l a m i s m a m a n e r a se c a l c u l a e l calar t r a n s f e r i d a a l amb i ent c3 por la tapi.3 QP, pero para cal cu:l ar el ccmvectivo n a t u r a l C-k c,e tamd d e 1 a Hef . 1/3 que 2 8 5 Tah.la 7 . 2 , la fbrmula C-k 2: 1 I 4 3 I Al) coeficiente 2 BacJ . a correspwnde nuperf icie cal i ente hacia arr-i bñ. obtenidas e n hari zontal con el 1 ado ‘Si obrïervamos 1 as t e m p e r a t u r a s ïa superfi(:ie del +ondo e n vertimos que eX c a l o r e m a n a d o l a t a b l a 1, EF> d e s p r e c i a b l e , mass a d n 39 si consideramas su reducida ärea y q u e e l c o e f i c i e n t e convectivo natural para una superficie en esa posiciõn, es el m à s pequeno d e t o d a s las posiciones. D e l a t a b l a 2 obtenemos mediante la sumatoria de cada u n o d e l o s f l u j o s d e c a l o r e n W, multiplicado por cada u n o d e los tiempos, el valor: QP = 16.380 KJ El perdido por el aceite en los 155 calor min. que demora el proceso es Qp = 10.380 KJ El que calor lateral 1 a podemos G!pa temperatura emana la parte ai sl ada calcular promedio de la misma, de la pared considerando 1 a 1 a cual es (de la T a b l a 1) 3 4 OC Qpa = H 0 (T - Tam) Qpa = calor transferido al ambiente por la pared aislada del tanque W H = 7768 W/mz OC coeficiente combinado de transferencia de calor para una pared vertical a 3 4 OC ( t o m a d o d e l a T a b l a 2) 40 -r 21 34 prc-ìmedio d e uc temperatura dr l a pared si 51 ada fi I::: 14, 86 Are.3 conciderando fundn &rea La upa (lateral -k ~orido) 9 de esta manera la super-f;icie debido a que es pequefra en del relaciòn al de calor perdida por el aislante Upa en total. cant i dad lo!% 155 min. aislada que dura el proceso ser&: = hEI J/seg x 155 min x IbOseg/min) (1 KJ/lCKK)J) Upa =: 6. C;7c:> KJ E!.L!&!L!2 d . e .... cantidad calor ” . . . . . . “^-“--- _--_de -_- -“I---- Is! ab-sorbido --2....“..“... -_--_- - - por el. a<-pi te -..-..z-. .._.- Qa -..- C!a = MC b-r donde (.Ja :z calar trans+erido MI 95137 K-) al aceite KJ masa de aceite (-; := 1 IJ 98B KJ /Kg Q c, calor el;peclfico promedio del aceite a 44 OC: A T = VariacicSn POdE?Nl~E; de temperatura del aceite efectuar especifica del este aceite cAlrulo como se debido obww-va a en que ~1 la cal CJr tabla 3 'I 41 ;: s o l o t i e n e una variacibn del 3% en el rango de ” t : temperatura del proceso, respecto al calar especifico a l a t e m p e r a t u r a p r o m e d i o d e 4 4 OC. G!a 9. (357x 1 y 980 (60-28 1 = Resumiendo los datos calculados anteriormente QP = 1 (j . 380 KJ QPd = 6.370 KJ (& = 6cJz.36.7 t<J Estas energlas p u e d e n v i s u a l i z a r s e e n m e j o r f o r m a e n el diagrama de Sankey de la Fig. 4 , t o d a s l a s e n e r g f a s arriba indicadas v a p o r Qv provienen de la condensacibn del asi : Qv = Qa f Qp + Qpa Ov = 6 0 2 . 3 6 3 + 10.380 + 6.370 Qv = 6 1 9 . 1 1 5 KJ Calculemos cuàntos grados incrementarfa en el aceite, e l c a l o r Qp d e l a s p e r d i d a s . QP = MC T T = Qp/MC T = 10 .380 KJ/9.507CKgl:.: 1 z 98OCKJ/Kg “Cl T = 0,55 oc El aceite se elevar-fa 0,525 OC ms3.s ssi las pt%-didas d e c a l o r f u e r a n aprnvrchadas. 3.3 BALANCE DE ENERGIA Y OBTENCION DE LA ECUACION DEL S 1 STEMA Hagamas e l b a l a n c e d e energla peara ~1 a c e i t e . Energl’a que s a l e del acri te Enc-rgì a qc1f2 5e al mar-.ena Ewl el aceite. f d-r dRp MC ----.- + -.....--*. I de de utt-rt (TV--Tl c:jorjde M Energl a t.ranEj-e herida p a r el vapur-. z E-l macis3 d e a c e i t e e n C:g tx cx c a l a r - ec;peci+ico d e l aceite J/Kg OC C a l o r p e r d i d o por ~3 aceite a trav&s de las fJp z pared,, J @r; ti empn seg . T = t e m p e r a t u r a d e l a c e i t e OC: -rv - t e m p e r a t u r a d e l vapor *C Ut -= cueficiente global total de trans+ermxi a d e calar e n t r e e l vapor y e l a c e i tt- W/mz *C At x &r-pa tutal d e trans#erenci.a d e c a l o r e n t r e el vapcw y Observando cque el aceite rnz lia m a g n i t u d d e Ia enwgis p e r d i d a Qp 43 r e p r e s e n t a ~01~3 u n 1.7% d e l a energPa e n t r e g a d a p a r - e l vapar, l a mi zma p u e d e ser desprrci ada quedando 1 a ecuãc i ãn I MC d”l-I-.--I =y d $3 Ex i sten E-2 IJtclt (-l’v--l”~ Areas d e dC3-ì transferencia d e c a l a r , e n e l -ier-pentl‘n d e l f andu Af y s w-i l a Cada un a ccx-i su!% parte l a t e r a l A l . AsJ’: car-respandientes coeficientes globales de transferencia de calor entre el vapor y el aceite, parte Uf para el serpentz’n d e l fondo y Ul p a r a l a X ë\tE?r~19 ac;i : ut At =: Ul Al f LJf nf r-t-~~~lvw- l a ecuacidn E - 2 p o r integracidn b a j o Fod,i?f71o5 la!s siguientes c o n d i c i o n e s : 1 C ~3 canc5tante p a r a el pracec;o ,‘) & ut e l prcxess3 3 La a g i taci u n p r o d u c e t e m p e r a t u r a uni f cwme en e l ec; cansitante p a r a 102-e 4 La temperatura d e l m e d i o c a l e f a c t o r (vapor) se miwftierie c:unst.ante. L a 501 uci bn d e E - 2 ec;: 44 T-TV ------ = To -TV ut At - w-B-- e e MC donde e =I tiempo ‘l- E-3 en segundos temperatura del = To = temperatura del e = neperiano al aceite al tiempo 0 tiempo Ei = CI 2,718X! restante5 105 aceite terminos fueron definidos en la ecuacibn E-l. Como en E-3 para el tkminos exepto Ut y proceso conocemos todo= 105 podemos despejarlo. De esta forma para: T = 60.55 OC To = 2 8 OC TV = 160 OC M = 9507 Kg C = 1980 J/Kg OC At = 13,59 rn2 8 = 93000 5eg. (155 min) Despejando en E-3 In C(Tv - To)/(Tv - TI1 Calentamos = Ut.At.B/M.C hasta 60,55 OC para considerar E-4 las perdidas F&?emp 1 az &ncla f t.4 n c i (Sn erGtos valures e n E - 3 podemos o b t e n e r l a temperatura de T’ deï a c e i t e can rer;pecto a l tiempoI a<c,i : -r - 160 _-----_-- = e 28 - 1 b0 En 3. a 574,8 - ---.-II-.“.“-. (.zJ>;L& 9907,: 1980 t a b l a 4 escribimnc; e n funci&-r del temperaturas cal cl.\1 ada! E3:peri mental mentkz; m e d i a n t e E--5 y did.os estKx3 en tab1.a y e l gr%fieu podeman ohsx-var l a - dato!5 I-CE de figura # 5 . temperatura De e l de1 la!% 1 a-75 med i das encufxitran Be cy-af i cados la ti empo anS\lisis de l a sic)rrient.ez aCZE?i tt? obteni dos 46 e>:per-imentalmente ciãtc3s - E 1 s i stema 5x2 campar ta de resistencia -.- el ac:uE-rdo a E - 3 , calentamiento interna El val or F5 1’ II 545, SOY mi n. Un v a l nr rango i g u a l e 5 P loc; cal ru3. adus medi antc- E--3. repre5enta - son p r a c t i c a m e n t e de LI n CLlFrpCl que? con despreciable. d e 1 a c o n s t a n t e dr t i e m p o d e l pramedio d e UtAt flr, Ejuf i c i e n t e si 5tema par-a e1 d e tetnperatura e n q u e a p e r a e l s i s t e m a p a r a represrntarla matemàticamentr con exactitud aceptable. 3 . 4 CALCULCI D E L C O E F I C I E N T E G L O B A L D E T R A N S F E R E N C I A D E CALOR EN EL SERPENTIN DEL FONDO Uf 47 SERPENTIN . V. , \ ACEITE . St + 12.8 cm. 23 Nhmero de tubos : = 15 P a s o transversal Ct = 12,8 c m . Do = Diametro exterior At-ea exterior del de los serpentin 2,53 rnz T .-’ 15 m /h = 4,17xiO Rv = trav&s del -3 = Area de eeccibn D = 2,20 m di&metro del = Qv/Acr, = 4,17x 10 d o n d e Vm = velocidad Vmax = 3 m /seg. = caudal a serpentin &n Vm tubos = 4,216 cm. Vm W/A min. 1 ibre = rrDz /4 = 3,80 rn2 donde -3 tanque /3,80 rnz en la = 1,097>:10 seccich libre -3 del m/cpeg . tanque serpentin CAl c113. c3 “.”....-.-“Le...- Cr~ef i c i ente- @3~yk3_~Aj.,y~ f22! ~2 ---------.-.“...“... del -._--- ,In&,gn:&~~ del r-i -_.I--- !Sr-penti ---._“. I^-.---..-“.- Clsamol; 1 a ecuaci Bn 5.59 d e I P Ref . 4 cal cul ar c a e f i c i e n t e crx~vect.ivu e n e l q u e E>E- usa p a r a interior de un tuba cuando ex i ste condensaci Bn. donde Hi - c o e f i c i e n t e cclnvectivo i n t e r i o r W/m-’ OCI Kf = Chndt~uzt i v i d a d th-mi c a d r l agua =W/m QK 683Z-ir. 10 - -9 .-I vapar ca1 cYllhc3 ..- -........&..:..L.“.. +2l.. (:23e+ i c I......_. 1 ente vi3 extter i “._ cw- l-k.3 ..: -....-.-. . . . . . .-..._- “_“.-. .-LI ._...” --_-_._ -.*_ --..-. I” ._I__.” “......ï Convwti ‘5erpw~iZ3 d e l . ”Fando -_.--.- ..z..... . .._..” .n _ -“._.--...-. - ..- !i!!s 50 !datns o b t e n i d o s d e la t a b l a $95 Ref.5) .-- 2 u = i 7 ~ 435: 1 c_l Kg/m sey vi scosi dad p - 873, 69 t:::g/m c := .j,ygt:1 r; denc;i dad (.J/t:::g oC c a l o r e s p e c i f i c o ’ -? .J fi:: -z 143, 6:.: 1t:, W/m “C c o n d u c t i v i d a d termic8 Pr- = SS)%,5 nihera d e Cun-;ider-emes F’randtl. tii I- 17300 W/rnz OK fisumi mo5 T w = 1 4 0 “C Esquemat i z ando ‘T”J60 Oc &zumo T i =E T e m p e r a t u r a acei te del ante-i del s e r p e n t 3 . n - 4 4 “C T o = T e m p e r a t u r a d e l a c e i t e despu& d e l cerpenti n = 4 5 “C T b - T e m p e r a t u r a p r o m e d i o d e l a masa p r i n c i p a l Tb z (Ti + ‘ro)/2 = (44 + 45)/2 = 4435 =@c Gmax 12: f J e l o c i d a d d e l f l u j c s por u n i d a d rle dar-rde pb El1 Area m2riima d e n s i c l a d a l a t e m p e r a t . u r a Tb valor del Reynolds imp1ic:a r&gimer\ %aminar, e n t o n c e s deberrtos usar 1a +brmt-tla si g u i ente o b t e n i d a d e dorsde 1.1s es l a viscosidad d e l de la pared. 3tceit.e a la t.emperatura 52 1 Uf = _--- _.“.____ _...-- -__.----_- --_-----..--1. /Hi + Rinc: + e/K + 1 /Ho 53 Rt = Resistencia total. frtx “C/W - Rt = (1./1730(:)) 5 -.- + + 8,8C)xlO (7. 1 1x 10 : /45) '1 -3 rn2 Rt = 12,31x 10 “C/W Rt en componentes porcentuales es i/Hi (Fiinc +ktubo) l/Ha Debido a estar; resistencias Lae; caladas de temperaturas deber-f an ser de la f ormã que se esquimatiia cnnt. i nuac i bn : 160 OC . 159,4 Oc l/Hi 157 Oc (Rinc +Rtubo) 44,5 Oc l/Ho En vista de esta asumimos esta vez T'w = 157 -C EsqLlemati izando: Tw=157 OC Tb=44,5 OC -2 US = 0, 470x IC) Kg/m seg (a 1 5 7 H e = (Gma>: Do)/ub = 0.34 “C) j = 2,7 ..G + 1/83,25*‘ Fig. 9-18 Ref. 1 a .n ., ' 54 Heempl azando estos val ores en 1 a ecuacic3n 0 . 14 Z/T 4 -j (Ho/C 8max) Prb = (uc;/ub) -2 :.: ( 0 9 470x 1 (:, /17. 43x 10 despejando - 57,7 H o H W/mí p a r - a 10 h i l e r a s d e tubos := U7,13 W/mz “C p a r a u n a h i l e r a a Analizando Ht YI = l/Hi las + resistencias tenemos (Rinc. fit - 0. OLi78:.: 10 d e tubos -7 i’ + e/C::) + l/Ho -9 + 0 !# 246s 10 -3 i- 1 1 , 48x 10 R.t -- (ll” 49% +. 2, 09% + 97, 42% -7 .d Rt = 1 1. v 78x 10 W/mr OC E s q u e m a t i z a n d o l a s cai’das d e t e m p e r a t u r a l/Hi L a auposici 6n d e ( Rinc + @/K 1 Tw e s c o r r e c t a -3 Uf = 1 /Rt - 1 /ll !, 78x 10 U f - R4,89 W/m-’ “C 1/Ho - 2 0. 14 1 55 c = 1%30 J/Kg c a l a r ‘I’ i := 4 4 0 c TE!mp. deï a c e i t e 3,44 0 (y.>j per-c) uf eqxxilficn a 44,:; aC na antes var i ar A del ser-pentl.n grandemcznte a d e l a c e i t e n o variarAn grandement.e, rtc,l’ que: l J-5 COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA P&RTE LEITERAL (UL> par pJ cal cu ar desde 1 atera uti 1 izar calormanera : e ~11 l eï calcw entr-egada pur vapor al aceite, cueficiente g l o b a l de 1 ater-al 9 el 5x3-perit i r7 C?S r1ece5xw i 0 transf et-enci cl e l ct.tal 1~s d e f inirnas d e l a de si qui ente 57 E l p o r c e n t a j e cle a p a r t e para el c a l e n t a m i e n t o b r i n d a d o rsor- l a parte lat.eral es: ( 360 1(;) ) ./ 5'74 a 8 ) >: 3.)I():( = &3% y el s e u - p c z n t l n {Je?l f o n d u a p o r t a cor-i el 2'7% La tran5fererrcia v i s u a l ixatno!ii vapor en dft.: calor eri la com~ transferencia parte lateral la desde el cle c a l u r u r ~ t ~ u b oh a c i a el e x t e r i o r a t r a v e s super-ficie e x t e n d i d a , en l a F i g . tansado ctri m b d u l o , uria ubservar- Para el a r i A l i s i 5 se h a esta a p r e c i a c i d n . cl:lararrrerite 6 podemos de t a l como se v e e n l a F i g t i r a . En el podernns o b ! x ? r v a r ccsfliu 1 a p l a n c h a d e metal y u e cunforrrsa 1 a pared de1. r-ec:ipj. e n t e se compor-ta coma uria al &a el s e r p e n t f ri R1 = C J I AJ. ( t ' v "- "I" 1 Siersdo 1a t e r a l de I (21 = c a l o r t . r a n s + e r i d a F S O ~el mddulu a1 a c e i t e W a t t i os 111 =: c u e 4 : i c i e r i t e trarisfercricia global de calor ent.re el vapor y el aceitre W/mz TV = "r. e f l y e r a t u r a d e l vapur c cle 'jC = “l-emperatura del aceite oc I De k?riitE? madr.3: 1 ” .----.-_---.-------._ -___-_------_--_--_.------...----..-...Ll1 Ar3 = Rext + Rcont + Rtubo c Ri nc + R i nt (j (-Jr, d e : &J p = Re:.: t =z p y 0,175 fil anct~u d e l mddlA1 D =:: Re-;2 stenci a tPrmi ca debida a cnnvecci dn cun (Il HCUf”lt ;.; E-43 a c e i t e OC/W = Resi 5twIci a d e c o n t a c t o e n t r e e l t u b o y Ia p a r - f - d del t a n q u e 0 C/W Rt \..\bcJ = R e s i s t e n c i a t&rmica d e 1 a p a r e d d e l t u b a “C\W Fii IlC -::: fq@ctJ;ï. o,t,g ‘r It-i a tèr-mica debi du 63 i ncrustaci c3ne-i e n e l interiar d e l t u b o OC/W Ri nt = Re^;i stenc i a t &r- mi c a w-itr-f- ~31 v a p o r - y debido a convecc i brs el t u b o OCI/W. 1 JI. Ao = -1-1-1,-I .--.-__-. “___“._-.“__.“_“.-.“_.-...“..--_ . .._ .---.--...-...“I-.--I~-...~---.-.---.””-.--~.”.-“.----.-1 El Xb 1 _... --- ..-_--... 4.. ..._..._.I .._._-... “._“.” + ” -__.-..._._ _-_------ + ---1^----” --.-. “...... .+ Kb (Ec.: 1 ) Ront t-la 1 -4.. .--_~..-.I”-“_---I* tii rrlcli x 1 K l Di -!-Do) nx I “I .I_ .-- - .- t-ti nc TriSi x 1 59 - eCiciencia tuta de la ale-ta := c o n d u c t i v i d a d t&rmi c a d e 43 W/m 1::: 1 a e;wï dadura OI2 :z canduct i vi dad t&rmica del t u b o y de I a 1 /Hi nc Di Dn - di&metrti e x t e r i o r dc-l serpentl’n 0,04216 m E Xb Hi -- ec;pesnr d e 1 a .junta sclldada m crmvftlctivu e n e l intericx- d e = coeficirnte tubO HI Ancho d e o;al dadura UT 035 m Plcs nt -ï (Au nc nt t= El n cl on d e l‘rf =- ,-,.f -” <bxl) Af) + Af + 1.. nf /%-ea d e 2 la I: e f i c i e n c i a nf aleta de la aleta 1.” = 0, 07 m l.nngitud d e l a a l e t a Asl: f.3 e ;.; tm 22 1 -“---.----.-_--.__--- --_--- --._ II: (Ex 1) 3. 2l..n+ x 3. 3t-h 60 i \.Jl ,!Au :: -..-.__._- ----__- .__--_-__. - -_-___ - ._.__._I_ --___----- _--__-_._ 1 --..---...--- - -.----.---_-- - I---....- + FZcunt, + F.tubu + F’iin c (Br: 1 > + Xnf x 1 3Hcl \.J.I CICI 1 =: .-“.-“* . ..-._-..- -- ..-.-- “-“I.“--“.-_-.- .--_-. -.----.” --_.--.-_- -- .______.____._I__._.__ 1 xb CI . . . . . . . . . -. . .-. . . . -- _._.__ -._--“---.__.._I.I_ “. .(.. . . . . . . . . . . + ...-“----.I..- ...--. “” .-...EBrr& x Ic2mtanh Irnl...) 3K. t Kb t Bx 1 ) K Ji Di +Iiu ) Trx 1 --.----.” _._.. “.^ 1 1 ,.. -.-- “..““_I -...---_.-._-_- + -_._- .-.. - --.-.Hi nc TTU~ x 1. H i 1rUix1 E - 8 1 ..._..”......-“.-.-.-“------ -___-._- -“----“--” ...__.”_-_-..-” ._-. + [ 1, ~ (:)35:.: WJz +f’“-J~&~-Jf’J ( ,,.J:.: 0 ~ 07 ) ] 4f5,: (1) )I c)c)&J l/Aa lJ1 I ---._ “---.--.------------ --.---- ----II- -_-- - - - .-_---- Fiext f Rcont + Htuhu + Fii ric f Rint l/l‘ru Ul :z ” . . ...” -..-.-..- “I^_-- --._- --.--.---.-.--_-“------------------.-.---I.---- ~1&&3:, 46 -+ 4,44 + 1. 12 + C).EK)C),L;)X + 10 -7 C.. 62 1 / Ao = --.-” .--- --” -_.__-._...---- --_^.“..“---.- -I--_ “.- ---..--------------. ‘IjI&. (y-g;< + ‘7 .L. F 33% + 0 :, 64% f 04hX 4” 0, 28% Ll3 vapor 1 ar; rcsi stenci 635 que 13b!F.tWVt3W35 lleqar hasta a la pared la del el desde 8on tanque deEq3reciables5, na convecci %>n E?S l a q u e gobierna ï a t r a n s f e r e n c i a dr que aãi t&rmi cas resi -;terïci a d e b i d o a calor-. Si revisj~wKJ!ii la bruscamente pared tubo del ec; tabla desde 150 e l veref~cf~ que la tE?mperatUra cae 1 ateral a tubu delseupentPfi el promedio de temperaturas tanque; d e i OC m i e n t r a s q u e l a p a r e d del la en el tanque pr-exenta u n a t e m p e r a t u r a p r o m e d i o dEs 60 OC. Cina que explic:acibn a eruta calda brusca d e t e m p e r a t u r a s es fr?xi ste b u e n c o n t a c t o e n t r e ~1 tubo y l a p a r e d . nc) K.kbi d o a que encuentra nu canstatado medi participb en efectuada hace ai 551 ante tspw-ario ml.lchas parte del tanque ~1 swpenti‘n estet c u b i e r t a permitidn + l.ltz estaba l a del retirñrln, el c o n mal q u e le aislante, y fue ante ccxwer~aci i5r1 c o n u n o p e r a r i CJ que una d E? la!5 r-eparaciones 2 0 “7 4 af?ocJ 7 para en cant cambiar el i nuamente al l a c u a l 5~ mani+estb q u e e f e c t i v a m e n t e , xc3na5 la contactu tanque ~~~1 dado en tanque retira serpentx’n, el aïapared el el swpent 1 n no y (&l&? en e l wwpentfn nu e s t a b a e n cantacto c o n l a 63 pared del tanque. CCH? val anteredente5 y a est c3B cw- d e el valor de dwx~3ric3cwrto~ El la Ha medi a n t e valor de Ha no cal cul ar pcidremcrs ecuacibn E - 8 debido 1 a resistencia de l a ¡-1al1 a r e m o s d e o t r a a el que contacto. m a n e r a 42x7 l a aecciBn s i g u i e n t e . d l Ch3e-F ente t i vn -en ã ” .._.e“.- -..-.._” ...i....(7 .z..-.i“.“-..- Cunvec _-.---. “.^------1.“” - 1--.. 7 .J.5” 1 c:CtlcL~lo --_” _..- ---. Tc3mt-mcXZ +hrmul a l a t e m p e r a t u r a e n la Esta +Z!r-mcrï a aislada por distribucibn d e de aleta. carrespunde LU-I P a r e-“d -.<._..-. lado, a t-i n a aleta cc3r-1 c:cjnvecci&i p a r recta E-1 otro ladc:, y ccm el extremo d e l a a l e t a adiabstico. “r’ ( >.: ) SxI ‘V’emperati.wa d i staI.Ici 43 >: F-n desde l la a al eta a llI P ralz t°C) T a = T e m p e r a t u r a d e l a c e i t e (OC) “rr 2z T e m p e r a t u r a d e l a rai’z d e l a a l e t a (OCI) x = Dif;tancia d e s d e Xa rafm d e l a a l e t a (m) L.. x Longl tud de la <aleta (m) e x c e p t o m, m p u e d e sser d e s p e j a d o por t a n t e o p a r a obtener lueyo e l v a l o r d e Ha. “l’r y ‘ T a T (x 1 7 L o s valor-E-s d e EXS la-; midiò e x p e r i m e n t a l m e n t e y l o s hallamos; en l a t a b l a 1 . Heemp% azando e n E-9 41 “I 31 4y --. 31 - . ..- .- .I_ .I_ .- -- :y: En la C:os;h Cm (0, 07 - Oy 035) 3 - -.---. _ ---- ---.--.---------CoshK <rn) (O,C)7) 3 t a b l a 5 p o d e m o s v e r ~CJC, ch’teni da-; p a r a a l gunari v a l ore-i valores de de l-la temperatura 65 Vemc35j en varl’a nu cual e-i I-ia 1Ci),ó2 En en el tener podemos a 1.a t a b l a !S q u e e l c o e f i c i e n t e Ha = un 104 proceso de casi cal entami fznto y valar medio representativo el bj/m-’ OC !s;iendu m p r o m e d i o igual l/metrw. 3a Fiy. 7 estan grafiraduci d e calc:uladas l a s valcwes calculadass e n ïus val a r e s la tabla b. L..cxi dato5 e x p e r i m e n t a l e s dr l a t e m p e r a t u r a d e 1 a aleta ~01 SE? umnas Y 10% y 10 y FWE?dE? VEY” e n I a tat31 a 1 11 transcrihiendulos d e en las aquella E N L A PILETA Heemp 1 act?.?rriQc> I a ecuaci bn e l valar d e [i-y? 110, -.r ‘-j .> s- ~ 55 -2: n+ = 0,64 1755 . . . . . . . . . . . . . ..-.....--.-.....--- I__. -.-.-.-I-I-.-- .--_- ---..- -:’ .“. 77x 10 __ -:* 3 + Rcunt + 2.42~10 i/metru en 67 Del denumi nador ex t.r ser de la ec:uac i òn Er-- l(:) podemos 1 ac; resic,tenri as tBr-micas y o b t e n e m o s e l si gui ente: C i r c L\ i t o t$r-mi co (todas 1 as resistencias en OC/W Rcont Rext 77xlo-3 95,58~10-~ 44% 54,56% Rtubo Rínt Rínc 1,12x10 -3 0,8~10-~ 0,64% 0,51% o,5x1o-3 0,29% F’odemos apr-eci a r qué- a c t u a l m e n t e y debido a r-i0 que e x i s t e buen c o n t a c t o e n t r e e l 5erpentIn y 1.a pared d e l t.anqcre, reprerxwtà w entre el 1 a r-ee;i stenci a de contacto e l EX,%% d e l a cax*da d e t e m p e r a t u r a vapor- y el aceite. E s t a r e s i s t e n c i a ldgicamente d e b e BEY d i s m i n u i d a me j orando el contacto e n t r e la pared y el 5ierpentJ.n. 3.6 CALCULO DE L A C A N T I D A D D E C O N D E N S A D O E N LOS SERPENTINES U f := 84,8’j, W/rnz OC Serperïtl1-3 .-... - .” ......... “.--“. X- atera . ..- - ..<- -...” donde ll21 f25 eï fluju d e c a l a r eI serpent.l n . m - 01 .--. “...“_._ x h f CJ = 4 1 ~ got:1 ..._.---^...---.*...w_----0,839 >: 2(:)E) 1 ~ Cl7 promedio entr-ec)adn par 69 3 . 7 CEILCULO D E L C O E F I C I E N T E GLOML U L S I E L !ZERPENTIN ESTUVIERA CONTINUAMENTE SOLDCIDO A Li4 PtW?ED DEL ThNQUE De 1 a ecimci òn E--7 1 Ul Ao = --._---. ------- _-.- ----------------------___________I 1 -_.- C ..-..-..- Cbxl) --I...--.--.---.----.----- + 2Lnf x + fI$c-~nt + Rf-ubo + Ri 17Ha f 1 . 1 2X iO--” -l- (:ly 8): l(:,--- + 0, 5): 1 (y-= l/O. 175 u1 :.z _---_- “,_“____ --.- ---_----------.-7 .J 0. 077 + 6. 86 I: 10 Rext Rcont 91,83% 5,29% Rtubo 1,33% - 6 8 W/rrt~ oC Rinc Rint 0,95% 0,60% nr + 70 IX1 del __““-“T i empu -..-..- tul “--_--.o ..___.“_ - - @II &~&kxn&~~cLgntg Cal tul emar, el cal entar32 s i t i empo que demorarla rl ser-pentfn l a t e r a l el aczei t e estubier-a en sal dada cw-rti rwamente a La p a r e d d e l t a n q u e . EstE? t.i empc-, e n 1 a prkti ca d e b e s e r un pucu mayor C~LIE? nc t.adcJ e l t. an que debido u;er-p ent 1 17 pc.tnt.05 zcma<s serpentln ec;tA separada d e en estz.3 qucl a 105 cuales el pared .’ 53x-~ estuc; saldada a Icc 1 c3cj c Lla 1 62s !5&? w3sti E-n42 e l m i wfic3 y cri la los t2Gã-i r-esistancia d e p o r e s t e motivu 1 a m e j o r - a d e l t i e m p o q u e nos d a el c&lculo es sola a p r o x i m a d a , de del t l a y pl.wYtos e n nc se me.jtx-ara apreciablemente l a cc3ntaL:tCtS ïa p a r e d yI3 prcJpurcic->n en pero ncx d a la idea l a que v a a m e j o r a r l a r a p i d e z d e 71 cal entami w”it.a si tuvi erctmoc. b u e n a j u n t a d e l s;erpentl’n a la pared. cx~~ac:i dn E-U nos di ce cc3mo varl’a 1 P 1”. a cl e cal CM” can i ntervi r-ti entes, el pEl!Sci cada t..tnL) de lC3rj transferencia parkkmetrcjs cal tul emar; e l c o e f i c i e n t e g l o b a l IJl s i del serpentl’n (la d i s t a n c i a e n t r e sspiral y e s p i r a l ) !íe r e d u j e r a a Ia m i t a d , La &iciencia dr ïa a l e t a nf = seria: Tanh (ml.. ) -.- . -I-.-_--I-.mi.... “r’anh I X9, 62x0, 025) nf I ---.--.--_---1.---“---I 1 Y ~ &2:.: t:>. 025 Al 1 = -..----.----.---.---------------------.----.-.----------.----Xb 1 e .1_1 -“----..I...” .-._.. “.-- __I.. “..------ + -.------ + _^- -_______.- - .+ KbCBxl) t:E CDi +Dc3) 71): 1 C E(m2 x 1 +2mt anh (mL ) 3K. t ---1---- 72 1 -k Ul 1 -.------I_ ---...-- “(” ----........-..“.“... l-li nc: 7rDi x 1 Idi = rrDixl 1 / .0. 08”J . -__-_-_--_- ^“_.----_-.-_-“--_----- -+ .“) ‘2.. .l 182 + 6, 8h~.8 ,. 10 UI -2 UJ A 74 l = 1254941 3.8 CALCULO DEL TIEMPO DE CALENTAMIENTO SI ESTUVIERCI COMPLETAMENTE AISLADO TV - Ta 1 rt _--" _.-_.-_._ TV -- 'l- = utht. 8 ---- MC E L TFbNQUEl que tarda actualmente 8 = 155 tiempo tiempo ahorrado 155 - 151,5 min. = 4,5 min. 3 . 9 RESULTCIDOS Y AIWLISIS Las temperaturas en diversos proceso el tabla 1, de calentamiento los coeficientes para las radiacibn puntos del estan presentados en la de conveccibn combinados zonas del tanque durante tanque donde se y pierde la mayor cantidad de calor al ambiente se los aprecia en la durante El el proceso 9.507 Kg de aceite perdido demora 155 ambiente durante ese periodo, 16.750 KJ promedio calor calentamiento. calor perdido al el en de de los calentamiento min. es as1 como el flujo de tabla 2, representando esta tan 5010 el 3% de la energla entregada al Acil de la energf a entregada por el condensarse se aprovecha para calentamiento energf a ciistema. vapor del al aceite el 97%. El ahorrado en tiempo redujeramos las p&rdidas calentar del E-2 sistema exactamente los define ya que valores si de calor a cero, es decir, si aislamos todo el recipiente seria La ecuacibn aceite el con con de 4,5 minutos. esactitud ella 5e el comportamiento calcula de temperatura del casi aceite, lo 74 Cual en VW3 c;e la Fic). se verdaderamente 5, de cumporta alll’ q u e e l un camo aceite de cuerpo resist.enria i n t e r n a d e s p r e c i a b l e . Las v a l o r - e s p r o m e d i a d e la-; c a e f i c i e n t e s yXc3bales calar para el calentador t.ransferenci a d e serpent-l n l a t e r a l serpa-ntl”n del y U+/‘lf f undn. transferida y al 214,77 wxpentl’n cun e serpentfn d e l l 4~3% W/OC indican que para 1 atw-al de b a n d o con e l de r-esi stenci as tèr-micas circuitcx ser-pent i nes - El cal entami entu el LC3S como a c t u a l m e n t e 5c3n Ll1 A l :-. 3\5C),C~3 W/OC p a r a e l f unc i ana para ta1 de el aporta enercjl”a la 27%. ambas para ‘ l a r e s i s t e n c i a g o b e r n a n t e er, 1 a d e b i d a a canvecciàn del a c e i t e . La resi stersci a actual mente reprenenta e temperatura desde tZ?l l del 54% vapor del buen contacto su v a l a r hubiera carden d e l El cclntacta de -;erpentl’n de la aicei te:, wzrfa cal da de cuando si na deberi’a exceder e l ~5%. v a l a r d e 1 a r e s i s t e n c i a d e cnntactn d e l 1 ateral 1 ateral serpentx’ri s i e s t u v i e r a cantinuamente s o l d a d o a l dls 4,44xJ.o reF;i -;tenci a tc-ital b transfer-encia _” “:p 3 W/OC repr+zsenta u n can lrr q u e C;,F?% tanque de Ia e l ccxzficiente glclbal d e d e c a l o r U1Al 5x2 i n c r e m e n t a a ‘752 W/OC, 75 e l t i e m p o d e ralentamiento ñ 9 2 min. p e - i r e d \..\ t-... i f-l‘i d CJ se reduce d e c i r , re-:,ul tadu 1 atera L~~Ci~ e5 501 cl w,t& sujetu pLlr~tus ESOI. dadas un aprax i madn ya 40% 7 que e pero l &?5te serpentl*n al t a n q u e p a r medio d e ganchos e n Euldadr, en otros y y l a e l t i empa e n transferencia de e n Zcxlã5 Estar3 calor nu mc-ljcw-w-2 apreciablemente. La dtx: eficiencia i r- qu tz u,erpent1’n 1 i35 d e l a a l e t a es 0,64, paredes con r edwz i mas pZlCX3 r+oldada de el una del una s u p e r f i c i e eficiencia del por el rxtendida d e 64%. lateral serpentin qui w e CLl¿ll d e l tanque a b r a z a d a s EX? cc:~ïvierten e n ralentamier~ta 10 Si estando c n n t i nuamente, e l caef icients de t r a n s f e r e n c i a c.alc)r sc- incrementa a UlAl = il.214 IJ 4 1 reduci &ndose ~1 t i e m p o d e calentarni enta a 7 1 m i n . 9 d e c i r , e l 2 3 % ccm respecto a J uz 32 czc3n el. pasa a c t u a l . min. W/OC es que demar aha CONCLUSIONES Y RECOMENDACIClNES Del ohtenidn p a r a las p&rdìdas d e calar VGll UP p a r e d e s s i n ai 51 ar d e l la pcw” las tanque que representa serlo un 3% de ersclrqla s u m i n i s t r a d a p o r el. vapor y ïos 4.5 minutas e n ._ q u e d i s m i n u i r l a f-1 tiempa d e calrntamientu d e Ic< t a n d a d e a c e i t e vemos q u e n o eb; r e c a m e n d a b l e e l ai s;lar el r-esto d e l tan qus . El a c t u a l m e n t e ess &iczientcl ya q u e c a s i tuda l a si stema energí. a d e condensacibn d e l vapar ES aprcwechado p e r - a r-1 Q 8% rapido. L a r a p i d e z de cal entami entu puede ser i ncrrmetada sol dando de manera c o n t i n u a el wwpentln a la pared deï p ar a que e x i s t a l a mfnima r e s i s t e n c i a t.@rmica d a poc?ihle, tanque cuntacto s i estu e;e real. i z a r-l-ducir-3. amu-; considf3r-ablemen.tF-? e l . t i e m p o d e calentamientu Capraximadamente en 40%) I Tamt3i &I puede di smi nuyendu ser Xa r e d u c i d a e l tiempo d e separacih d ser pent 1 r-1 1 ateral 5 serpent f n ã la mitad, cal errtami entu. asl’ si e calentamiento lac; espirale-; ‘Cpawz~) d e l r eduj er c<fnCJ6 el pasu del reduj w-amcx en un 23% el ti empu de A P E N D I C E T a c e i t e aaitado a ~----- vapor -í60°C “1 Ib I Ha Ser‘pentin d e l Fondo Fig. 2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL TANQUE jentin L a t e r a l - .- ---.% n ii . / -. . 8 -r 9 ’ LKJ ‘-5 - - - II ik FIG. 3 PUNTOS EN LOS QUE SE MID10 LA TEMPERATURA CALOR A TRAVES DEL AISLANTE 1% 6370 KJ .363 KJ 1,7% CALOR A TRAVES DE LAS PAREDES FIC. 4 DIAGRAMA DE SANKEY 10.380 KJ W Q w AISLANTE (Lana de Vidrio) ACE A F 2 - BO 1'/4" II 2 J!l I - __ - .l- 1 - - - ,- -- (todas las medidas en mm) FIG. 6 MODULO PARA EL ANALISIS DE TRANSFERENCIA DI: CAI .m . me J a a W +Q: .a -- 0 c -- d a a W l a A -- 2 a a W t d: J -8 -- B i l l f l I I l l --l -_ i i i l l I l mmI i I I l lI i mei .c EW eS% __ -- -_ -- -e 15; __ k=E -- _- me -- -- -- i- -s i l l -- --i ss . l;I =r i l 1 -- -- -- --: i+ i l I l Il - - -i - - -m 0. i _- -l- - - --l iw i j i -- --I -- --lI Rl~ I -_ -/- - - ^53 ia t l l l - - -t- - - ^N I r4 i l l __ --I es w-I I -- ^_ -- -- se me -w E -- 8 -- R -- ñ m- y: me -- - -i- - - WiNi -I 1 g-_ -il sj-, i8 iI __ I -- 1 -- I -- l w- 4zk __ -- I -- me -- Sf -- i -- SS -- -- -- e- -- -- -- -- -- -- -- -- -,- -I R - - - - - - -;- - - - - Se í - - s: i ñ IR / I l 1 I ! --lI -I l a i=: l l --l --l - me -- -i1 -- i- -- --j -i I i 25 l / l 3 l i I II --!I -- --l Ve -IEr l Ii -I - -- -- -- -li EI /‘sz l i l --I ^- -- -- -R Ip: ; i l l meI I -Iii l NIr; l --lI -- --I -- -/1 tljR Ii i i-i -- i-1 -- -ll I I U tI --l -- seI -- --l i i iñ i l meI -- --l -- --i ai i i i metl _- mmi me --l l t?p i --l -- --1 -- --l air; i Ii l -.I . -_ --f me --j TABLR 1 KONTUUACIONl TEHPERATURAS EN EL TANQUE (EN GRADOS CENTIGRIDOSI I I AISLANTE PLANCHAINTERIDR AISLANTE I SIN t :-----------------------------,),,,,,,_,_,,,,,,-,,-,,,,__,,_,,_,,__,,__i ,-*------------------------------------: I TAPA : LATERRL LRTERAL : FONDO : L A T E R A L : :TIEHPCI ItlIN. :TElfP. :RCEITE :0 C : I I :-----------------------------I------------------------------~ It I5 : I I ! AGUJEROS : I I , I 1 t 2 : 3 : 4 : 5 : b :---------------------------------------; I 7 : BITUBO) I 9 : 10 : 11 : :----------------------------------------------------------------------------------------, I-----------------------------------f 105 : 51 : 29 : : f------; ------;------; I 1191 54: I I 44 : 43 : 32 : 32 : I---------:--------:--------I---------I---------:--------:-------I--------; 43 : 33 : 33 : I 44 : 153 : b4 I 60 : 59 : I 29 38 : I I / , I 56 : 134 : I I 148 t 155 : : 59 60 : : : 31 39 : : : 44 8 I 47 : t 50 : 52 : : 42 : 47 49 : t 33 34 : 44 : : 33 : 36 37 : : 35 : 150 I : 62 I 61 : 34 : : I I I : 145: bl: 66: 35 : I< I 1 73: : I t f i i I I I I I l I I I I I I i i 1 : I I I i i l I l l I I i I I I I f I t I I I I l I l I l f I I l I I I I i ! ZW lz5~~ JS c-..- - - - - I I - - - - ZIZ ’ I mm 1 I ! l /wpÍ $i 0”o I I ZL!! -- _-s -- -- -- 1I -- __l -- - Tixi ,Iwlw N I N i “$p I I I ãcr -- _-c. -- -- -- )l -- --I -- -I , I : I : -- 1 I I me f I i -- 1 I I -- I I I I me I l -- me I -- I -* -__ -__ -^_ -__ -, oD;N~N;W elh,I+‘,O-100 I -- I -_ I &lu;lv;lu;lv; ww I i L I I l AI=:-: 4A If 4e c!l~lS I I l -- __tl -- -- _-,I -- __II -âlE3liz Ripi I I I l I -- LI -- -- _-I -- _-l -zjz z ;I ñp I lI I -- --I -- :- -- --I -- --I -I i g!=;is MI3 i : I I II ll -- _-I -- --i -- --I -- _-I -I l r$j i x i 0 Zls; I II I II II -- --i -- Dei -- --l -- --I -- mm i I I I -- I I I 8 -- I I I I I L I I t I : ^* I t I i -- I i i -- I I I I I I me I I i -- TBBLR 2 (CONTINUACION~ CALOR TRANSFERIDO POR LA PARED LATERAL SIN AISLAR Y POR LA TAPA DEL TANQUE I I I : Coefte. ! Coefte. : Coefte. I Coefte. : Coefte. I Coefte. 1 Calor : t TIEHPO :TEtlPERAT. :Terperat. ITerperat. Iconvect. :convect. iradiacion:radiacionIcoebinado:corbinado: p e r d i d o I HINIJTOS : ACEITE : lateral : tapa : Hc : Hc I Hr : Hr I H ( H : PP t oc : lateral : tapa : lateral ! tapa ! lateral I tapa t lateral : i oc I oc : Calor : Calor : : perdido I perdido ! I up : Rp : f tapa I total I II I1 : I Wlm’oC I wJrw I Wlm2uC I Wlr’oc. : Wln%C I W/r%C I w : w f w : t I--------------------------------------------------------------------------------;------: 32 i 1.98 : I 102 : * 50 I 37 I 2.27 : 6.08 I 5.92 : 8.19 : 1070.69 I 124.49 I 1195.18 : 8.06 I :---------:--------:--------(--------:--------:---------(--------(-------;--------(--------(--------:-------t--------( 105 : 51 : 38 ! 32 : 2.05 I 1 2.27 I 6.11 : 5.92 I 8.19 I 1204.42 : 124.49 I 1328.90 : 8.16 I I---------I--------)-------(--------I--------;--------I------(-------:-------(-------;-------(-------1--------’ I 119 : 54 I 38 : 33 : 2.05 t 2.45 I : 6.11 : 5.94 : 8.16 1 8.39 f 1204.42 : 159.32 l 1363.74 I (--------(------:-------(-------(-------(-------(-----I-----:--------(---------:-------:-------’ , - - - - - - - ( 126 I 55 I 38 : 33 I 2.05 : 2.45 I 6.11 I I 5.94 I 8.16 : 8.39 : 1204.42 : 159.32 I 1363.14 : (-----: -------(--------(-------I------i-------(-------f------)------:---------’ ,---------f--------(-------( 134 f 56 : 43 : 34 t 2.34 I 2.60 i 6.26 : I 5.96 : 8.56 : 1904.04 I 195.13 : 2099.17 I 8.60 I :---------(-------f---------(---------(--------f--------(-------f-----(---------(-------~-------:--------:---------f 2.39 : 2.74 : 6.29 : 148 i 59 : 44 : 35 : 6.01 t t 8.75 I 2049.87 : 232.63 : 2282.50 i 8.68 I f--------:------:-------:---------(--------:-------; ------:------I-------1------’ ,---------:-------:---------; 2.49 i 2.74 I 155 : 60 : 46 : 35 : 6.36 : : 6.01 : 8.75 : 2351.27 : 232.63 1 2583.90 I 8.85 f i---------------------------------------------------------------------------------------------( ICALOR PERDIDO (KJ1 10380.00 : +---------..---- tea lateral no aislada = 14.76 r2 Area de la tapa = 3.80 112 H=HctHr Pp total = Qp lateral + Qp tapa ,, /mm mm,, , 1,,,,,, ,,,, ,,,, ,, ,, , ,,,,, ,,,, T K 1’ kglm' Cr kJ1kg.K ,"lO' N.s/m? PIOb m'is k-10" Wlm*K 1.10' m2/s Pr p10' K-1 Engine Oíl (unused) 273 280 290 300 310 320 330 340 899.1 895.3 690.0 684.1 077.9 871.8 865.8 859.9 1.796 1.027 1.868 1.909 1.951 1.993 2.035 2.076 385 217 99.9 48.6 25.3 14.1 8.36 5.31 4.280 2.430 1.120 550 208 161 96.6 61.7 147 144 145 145 145 143 141 139 0.910 0.880 0.072 0.059 0.847 0.823 0.800 0.779 47.000 27.500 12.900 6.400 3.400 1.965 1.205 793 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 350 360 370 380 390 853.9 047.0 841.8 836.0 830.6 2.118 2.161 2.206 2.250 2.294 3.56 2.52 1.86 1.41 1.10 41.7 29.7 22.0 16.9 13.3 138 130 137 136 135 0.763 0.753 0.738 0.723 0.709 546 395 300 233 107 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 400 410 420 430 825.1 010.9 812.1 806.5 2.337 2.301 2.427 2.471 0.874 0.698 0.564 0.470 1 0 . 6 8.52 6.94 5.83 134 133 133 132 0.695 0.682 0.675 0.662 152 125 103 88 0.70 0.70 0.70 0.70 TABLA 3 PROPIEDADES TERMOFISICAS DEL ACEITE T A H L R 4 TEMF’EHfATUHA D E L A C E I T E E N F U N C I O N D E L T I E M P O Ji empo (min. 0 lo 19 26 39 51 63 ‘74, 84 102 105 11’7 126 134. 148 155 Temperatura cal cul ada (c3C) 28. (3:) lp-,“.3 y 32.51 34.13 37.09 39.76 42 . 3 7 44.72 46.81 !m . 48 5 1 . 08 53.83 55. i8 56.71 5y . 32 60. 60 Jemper atur a experimental (OC) 28 31 34 35 37 40 42 44 47 50 51 54 55 56 59 60 . T A B L A 5 COEFICIENTE CONVECTIVD DEL IICEITE PARA VMIAS TEHPERATURAS : ,I I I i I I Ipromedio : I x I T(x) I Ta t Tr I L I II I Ha I Ha I : la) : (OC! : (OC1 : (OC) I (BI I (l/rl : wm%c) I (W/r20C1 : r---------:---------:-------(----:---------~---------~---------;---------( : 0.035 I 41 : 31 1 49 : 0.07 : 21.00 I 119.07 I 107.25 I : 0.07 I 40 : 31 : 49 : 0.07 : 18.80 I 95.43 I : I---------)---------~-----:---------------(---------(---------~---------~ : I 0.035 I 0.07 I 51 I 50 : 41 : 41 I 59 I 59 : 0.07 I 0.07 : 20.99 I l&EO : 118.96 : 95.43 I 107.19 I : I 0,035 : 56 : 50 : 63 : 0.07 i 25.50 i 175.57 : 159.2 1 : 0.07 : 55 : 50 : 63 : 0.07 I 23.00 : 142.83 I : ;---------:---------)-------;----I---------I---------:---------I---------: : 0.035 : 60 : 54 I 64 I 0.07 : 19.30 1 100.57 I 90 I I 0.07 I 59 I 54 : 64 : 0.07 I ifkeo : 95.43 I : (---------I---------I-------~----:---------;---------~---------,I --------- ( I 0.035 : 67 : 59 : 73 : 0.07 : 20.50 : 113.47 I 104 : I 0.07 : 66 : 59 : 73 : 0.07 : IB.80 I 95.43 : : Iproredi LI I I : Ha I 104 : +-------------------+ T A B L A 6 TEMPERATURA EN LA ALETA EN FUNCION DE LA DISTANCIA Y LA TEMPERATURA DEL ACEITE +---------------------------------------- -----------------------------+ 1I II 1I I 8I 8I ,I : II : T(x)-Ta : Ta=51 : Ta=41 : Ta=50 : Ta=54 : Ta=59 : X 1, --------( (OC) : (OC) I8 (OC1 : (OC) I (OC) : (ITI) I II : Tr=&3 i T a = 6 4 I Tr=73 I : Tr=W I T r - T a : Tr=49 Is ,i <I II I 4I II t :---------:---------,‘---------;--------- I - - - - - - - - - I - - - - - - - - - ~ - - - - - - - - - I I, 73. (j(j : 1 : 49. cm : (j : 59. 00 : 63. (:,(j : 64. OO : I (j.92 ! 47 .5s I 57.53 : 61.94 I 63.18 I 71.86 : 0. (j(j5 : I 0.85 t 46.22 t cJ6.22 : 60.99 : 62.46 : 70.84 : CI . 0 1 : Ii (3.78 : 61.81 1 45.06 : 69.93 : 0..015 : 55.06 : 60.15 : : 0.72 : 44.03 : 54.03 : 59.41 : 61.24 : 69.1s I (j.(j2 : f (3.á7 I 43.13 : 53.13 : 58.76 : 60.74 : 68. 43 : 0, (:)25 : I 0. 55 : 4 2.34 : 52.34 : 58.19 : 60 .30 : 67.82 : 0. 0”s : It 0.59 I 41.67 : 67.30 : 51.67 : tj.035 : 57. 70 : 59.93 : I8 0.56 : 41.09 : 59.61 f 51.09 : 66.85 : 57.29 : 0.04 i : (j.53 : 40 . 62 : 50.62 : 56.94 : 59.24 : 66.48 : tj . 045 i : ct . 5 i I 4(-j-4 _. 37 ; 50.23 : 56.67 : 59.13 i 66.18 : 0. 05 : 0.50 : 8t 39.94 : 49.94 : 56.46 : 58.97 : 65.95 I cJ.M55 : Il 0.48 : 39.73 I 65.79 : 49.73 : 56 .30 : cl.(:)6 t 58.85 : : (3.48 : 39.61 : 49.61 : 56.22 : 58.78 : 65.69 : 0, 065 : It 0.48 : Y9.56 : 49.56 I (3.(37 : 56.19 : 58.76 : 65.66 : +-------...-...---MF. ,,,_,,,,,,,,,,,---------------------------------------+ T a = Temperatura del aceite T r = T e m p e r a t u r a d e l a raiz .1-.-w.--. BIBLIOGRAFIA 1. 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