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GUIAS DE PRÁCTICA PETROLEO Versión

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UNIVERSIDAD DEL VALLELABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Práctica No. 1

MEDICION DEL CAUDAL EN CONDUCTOS CERRADOS

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

El movimiento de fluidos, por lo general se transfiere de un lugar a otro por medio de dispositivos mecánicos tales como bombas o ventiladores por carga de gravedad o por presión, y fluyen a través de sistemas de tuberías o equipos en proceso. Aplicando los principios de conservación de la masa a la totalidad del sistema o a una parte del mismotenemos: 𝐸��𝑎 = �𝑎�𝑖�𝑎 +

��𝑎��ó�Puesto que en el flujo de fluidos generalmente se trabaja con velocidad de flujo y casisiempre en estado estacionario, la velocidad de acumulación es cero y se obtiene:��𝑖�𝑎� �� 𝑎�𝑎 = ��𝑖�𝑎� �� 𝑎�𝑖�𝑎 (��𝑎�� 𝑎��𝑎�𝑖�)Un sistema simple de flujo en el que el fluido entra a la sección �1 con una velocidadpromedio �1 y una densidad 𝜌1 y el fluido sale por la sección �2 con una velocidad promedio�2. Como se puede observar en la figura 1

Área 1 PROCESO Área 2

Figura 1.1 Balance de masa en un sistema de fluidos

El balance de masa será:

𝜌1�1�1 = 𝜌2�2�2

1.1. ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

Está establecido que el caudal Q es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de una sección transversal a la corriente.


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Considerando un elemento infinitesimal de área dA y su correspondiente velocidad normal vn tal cual se lo muestra en la figura 1.1, entonces el caudal está definido como:


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dQ vn

dA

Q vn

dA

Si la corriente es uniforme (velocidad constante) o si V es la velocidad media y A la sección transversal total, la ecuación anterior adopta la forma:

Q V * A

Ahora bien, si se analiza una vena líquida formada por una infinidad de líneas de corriente, como se muestra en la figura 1.2, es posible apreciar lo siguiente:

Fig. 1.2 Líneas de corriente que atraviesan un área infinitesimalPor tanto:

1V1 dA1 2V2 dA2 Cte

En un fluido incompresible el caudal que atraviesa una sección transversal cualquiera es constante

V1 dA1 V2 dA2 Cte

La ecuación de continuidad para un tubo de corriente y un fluido incompresible, se obtiene integrando la ecuación anterior. De donde resulta:

Dónde:Q = caudal total del tubo

Q V * A

(1.2)


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A = área de una sección transversal del tuboV = velocidad media normal a la sección considerada

1.2. ECUACIÓN DE BERNOULLI PARA UNA LÍNEA DE CORRIENTE (FLUIDO IDEAL)

La ecuación de Bernoulli es tal vez la más usada en aplicaciones de flujo de fluidos.

La deducción de esta importante ecuación, inicia con la aplicación de la segunda ley deNewton a una partícula de fluido.

Las fuerzas que actúan sobre una partícula de fluido en movimiento son:

• La fuerza de gravedad, peso propio.• La fuerza de presión.• La fuerza de viscosidad. Es nula en el fluido ideal.• La fuerza de elasticidad. Es nula en el fluido incompresible.• La fuerza capilar o tensión superficial. Juega un papel poco importante.

La fuerza de gravedad es interna al fluido mientras que las otras son externas.

Las únicas fuerzas a considerarse sobre la partícula de fluido ideal son las fuerzas de presión y el peso propio (fuerza de gravedad), como se muestra en la figura1.3.

En un fluido ideal la viscosidad es nula, por tanto no hay transformación de energía hidráulica en energía térmica. Además de ser un fluido ideal, es necesario que el flujo sea irrotacional (ocurre cuando las partículas se trasladan sin realizar giro alguno alrededor del centro de gravedad).

Por otro lado, en régimen permanente la trayectoria de una partícula de fluido coincide con una línea de corriente.

Si además esta partícula de fluido no recibe energía de una maquina (bomba) ni tampoco sede energía a una maquina (turbina), en el desplazamiento de la partícula de un punto a otro a través de una línea de corriente, no se producirán cambios en la energía, es decir la suma total de la energía que posee la partícula debe permanecer constante.


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Analizando una partícula de fluido en movimiento se puede observar las fuerzas que actúan sobre ella, tal como lo muestra la figura 1.3:

Fig. 1.3

Obtiene la sumatoria de las fuerzas en la dirección del movimiento, el resultado es:

v 2 p1 1 gz v 2 p 2 2 gz2

Conocida ecuación de Bernoulli.

1 2 2

Recordando los supuestos necesarios para su deducción:

Flujo no viscoso (sin esfuerzos cortantes)

Flujo estable v 0

tv A lo largo de una línea de corriente as v s

Densidad constante 0

s

Si se divide la ecuación de bernoulli entre g, se convierte en:

v 2 p1 1 z v 2 p 2 2 z2 g 1 2 g 2


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Donde las variables representan la energía por unidad de peso.

Es decir:z = energía potencial p/ = energía de presiónv2 /2g = energía de velocidad

La suma de los términos p

z

se denomina carga piezométrica, y la suma de los tres

términos es la carga total o energía total en un punto. Es muy común referirse a la presiónp como presión estática y la suma de los dos términos se denomina presión total o presión de estancamiento.

v 2pest 2

1.3. ECUACIÓN DE LA ENERGÍA

pt

En un fluido real la viscosidad origina un rozamiento (fuerza de fricción) tanto del fluido con el contorno (tubería, canal) y de las partículas de fluido entre si. Es decir además de las tres clases de energía enumeradas anteriormente, se considera la pérdida de energía por fricción o energía perdida hr, tal como lo muestra la figura 1.4 desde la sección 1 hasta la 2.


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Fig. 1.4 Esquema de la línea de energía y la línea de cargas piezométricas

Entonces la ecuación de energía, se escribe de la siguiente forma.p V 2 p V 2

1 z 1 2 z 2 h 1 2 g

2 2 g r

Esta ecuación se puede aplicar a cualquier flujo uniforme permanente con una entrada y una salida que tengan una carga total uniforme.

La ecuación de energía se reduce a una forma idéntica a la ecuación de Bernoulli si las pérdidas son cero. Sin embargo, se debe recordar, que la ecuación de Bernoulli es una ecuación de momentum que solo puede aplicarse a lo largo de una línea de corriente y que la ecuación 1.11 se aplica entre dos secciones de un flujo.

1.4. TUBO DE VENTURI

El esquema del tubo Venturi se muestra en la Fig. 1.4. Consta de tres partes: una convergente, otra de sección mínima o garganta, y finalmente una tercera parte divergente. Se mide la diferencia de presiones entre la sección 1, y la parte convergente (sección 2, garganta del Venturi), utilizando dos manómetros simples.

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Fig. 1.4 Tubo Venturi

Despreciando en primera aproximación las pérdidas, se puede aplicar la ecuación deBernoulli para una línea de corriente entre las secciones 1 y 2.

p V 2 p V 2 1 z1 1 2 z 2 2

2 g 2 g

Despejando V2:

V 1

1 ( A2 / A1 )2 2 g [(

p1

/ z1) ( p2 / z 2 )]

Ahora bien, el caudal teórico Q’ que pasa por el tubo Venturi será:

A p p Q' V2 A2 2 2 g 1 z1 2 z 2 2 A

1 2 A1

Como z1 y z2 se encuentran en el mismo nivel y además por hidrostática:

q


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h p

Entonces la ecuación anterior toma la forma:

Q A 2 2

2g (h1 h2 )

1 A2

A1 El caudal real Q será distinto del expresado en la ecuación anterior en virtud del rozamiento, que no se ha tenido en cuenta, y que puede valorarse por un

coeficiente de velocidad Cv, que oscila de 0,95 a poco más que la unidad, pudiéndose tomar como valor indicativo 0,985 para tubos nuevos y 0,98 para los que ya han estadoen uso.

Es decir:

Q C v A2

22 g( h1

h2 )

1 A2 A1

Donde:

h1 , h2 = alturas piezométricas en los puntos 1 y 2.

Finalmente definiendo un coeficiente de descarga Cq que se calculará experimentalmente mediante el tarado del tubo Venturi.

C C v

A 2

1 2 ) A1

Se obtiene el caudal real en el tubo Venturi.

Q Cq A2 2g( h1 h2 )


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Tanto Cv , como Cq no son constantes, sino que dependen del número de Reynolds. El tarado del tubo Venturi consiste en obtener experimentalmente la curva Cq = (R), donde R= número de Reynolds.

Si se considera en el anterior análisis las pérdidas de energía, es posible aplicar la ecuación de energía de la siguiente manera:

p 1 z V 2 p 1 2 z

V 2 2 h 1 2 g 2 2 g r

Despejando las pérdidas menores en función de las velocidades y las presiones en los puntos 1 y 2 resulta:

p V 2 p V 2 hr 2 2 1 1

2 g 2 g

2. COMPETENCIAS.

El estudiante:• Aplica las ecuaciones de transferencia de Fluidos en la práctica.• Mide el caudal a partir de alturas piezométricas del tubo Venturi. Grafica la distribución de alturas piezométricas (línea de cargas piezométricas) y

alturas totales (línea de gradiente de energía) a lo largo del tubo de Venturi, para una determinada descarga.

• Determina el valor del coeficiente de caudal Cq para el medidor de Venturi.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

El equipo que muestra la fig. 1.5 es el banco básico hidrodinámico, en el que se montan y alimentan toda una serie de experimentos. Lleva un depósito de vidrio, con bomba y un depósito para desagüe.


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Fig 1.5 Equipo banco móvil

4. PROCEDIMIENTO.

Esta experiencia de laboratorio consta de dos partes, en la primera se determina el caudal y la velocidad, con ayuda del tubo Venturi y en la segunda se determina el coeficiente de descarga.

4.1. Determinación del caudal

1. Armar el equipo de acuerdo con las siguientes figuras1.5 y 1.62. Regular un flujo permanente en el Venturímetro, ajustando con cuidado las

válvulas de entrada y de salida de los tubos piezométricos (válvula superior).3. Medir en los piezómetros del tubo Venturi las alturas piezométricas

correspondientes a las distintas secciones del Venturímetro.


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4. Medir el caudal aplicando el método de aforo volumétrico con tres lecturas de tiempo como mínimo.

5. Repetir el proceso para obtener varios datos de ensayo, mínimo tres.

4.2. Determinación del coeficiente de descarga 𝑪𝒒1. Medir las alturas h1 y h2 (alturas piezométricas para las secciones 1 y 2 del

Venturímetro) para distintos caudales Q. El caudal se mide a través del tiempo para un determinado volumen que varia regularmente.

2. Aplicar la ecuación 1.14 para determinar el coeficiente de descarga Cq3. Repetir el proceso para obtener varios datos de ensayo, mínimo tres

5. TIEMPO DE DURACIÓN DE LA PRÁCTICA

La práctica tiene una duración de 100 minutos

6. MEDICION, CALCULOS Y RESULTADOS

Llenar la siguiente tabla:

Magnitud física Número de ensayosNº 1 Nº 2 Nº 3

Altura piezométrica en 1 (TuboVenturi)



Altura en 1 (Tubo Venturi)



Tiempo promedio del aforo volumétrico

Ancho del tubo Venturi

Altura de la sección 1


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7. CUESTIONARIO

1. Existe alguna diferencia en la aplicación de la ecuación de Bernoulli y la de Energía?, ¿por qué?

2. ¿A qué se debe que la gradiente de energía no sea horizontal, es decir, H= constante?

3. ¿Qué significa la diferencia de alturas, entre las alturas totales y las alturas de presión?

4. A partir de los datos de la segunda parte, determinar los caudales en función de las alturas piezométricas del tubo Venturi.

5. Comentar las diferencias de los caudales reales con los teóricos.6. Una compañía petrolera requiere transportar petróleo crudo con una

densidad de 796 𝑘𝑔

a través de un sistema de tuberías de acero cedula 40��3

con un diámetro de 2 pulgadas, a una velocidad de 1.569 × 10−3 �3⁄� alingreso de las tubería.A la salida de la tubería se reduce el diámetro del mismo a 11⁄2 𝑃 𝑔𝑎 𝑎�� .Calcule:- La velocidad del flujo de masa a la salida de la tubería


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Práctica No. 2

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE REYNOLDS EN TUBERÍAS

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.

Según la teoría, en hidráulica de tuberías, el Número de Reynolds está definido como un número adimensional que cuantifica la preponderancia de las fuerzas de inercia frente a las fuerzas viscosas que se oponen al movimiento de un fluido.

Cuando el número de Reynolds es menor a 2100 para una tubería circular recta, el flujo siempre es laminar. Cuando el valor es superior a 4000, el flujo será turbulento excepto en algunos casos especiales. Entre estos dos valores o región de transición, el flujo puede ser viscoso o turbulento, dependiendo de los detalles del sistema que no se pueden predecir.

Fig. 1. Flujo laminar y flujo turbulento

El Número de Reynolds está definido por la siguiente relación:

Re V

d

Dónde:V: Velocidad media.d : Longitud característica del sistema, en el caso de flujo a presión en tuberías

representa el diámetro interno del conducto. : Viscosidad cinemática del fluido, dependiente de la temperatura.


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El valor del Número de Reynolds se utiliza para identificar tres estados muy importantes:• Laminar.

• Crítico o en transición.

• Turbulento.

En flujo laminar las partículas fluidas se mueven en trayectorias paralelas, formando el conjunto de ellas capas o láminas. Siendo la velocidad de las capas adyacentes de fluido de distinta magnitud. El flujo laminar está gobernado por la ley que relaciona las tensiones cortantes con la velocidad de deformación angular.

El flujo en transición es aquel donde toda turbulencia es amortiguada por la acción de la viscosidad del fluido.

En flujo turbulento las partículas del fluido se mueven en forma desordenada en todas direcciones, es prácticamente imposible conocer la trayectoria individual que sigue cada partícula

2. COMPETENCIAS.

El estudiante investiga e identifica los regímenes de movimiento de fluido según observaciones visuales, calculando el Número de Reynolds y relacionarlo con lo observado en laboratorio.

3. MATERIALES Y EQUIPO.

El equipo necesario para esta práctica consiste de lo siguiente:a) Cronómetro

b) Termómetro

c) Flexómetro

d) Calibrador Vernier

e) El equipo esquematizado a continuación:


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Dónde:

1. Válvula de entrada2. Depósitos de fluido. Las dos cámaras tienen la función de mantener la carga constante sobre la

entrada de agua en la tubería transparente.3. Recipiente contenedor de tinte y tubo inyector.4. Salidas reguladoras de Fluido.5. Tubería transparente, en la cual se puede apreciar las características del flujo.6. Válvula de control reguladora, determinará el caudal en la salida.7. Tubería de descarga.8. Recipiente aforador.

4. PROCEDIMIENTO.

Consiste en reproducir en laboratorio la ocurrencia de flujo laminar, transicional y turbulento.

La determinación de alguno de ellos se efectuará visualmente, observando las trayectorias de partículas colorantes inyectadas en el agua clara.


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Paso 1) Familiarizarse con la descripción y la instalación del experimento. Paso 2) Medir el diámetro interno de la tubería transparente y las

dimensiones del recipiente aforador como también su peso.

Paso 3) Medir la temperatura del agua y controlar permanentemente sus variaciones.

Paso 4) Abrir la llave de entrada para llenar el tanque de agua, mientras la válvula de control debe permanecer cerrada

Paso 5) Una vez llenado el tanque de agua, abrir la válvula de control, de modo que el caudal se incremente.

Paso 6) Dejar pasar la tinta por el tubo.

Paso 7) Regular la velocidad de movimiento en el tubo mediante la llave, de tal manera que el chorro coloreado ocupe una posición estable en el centro del tubo (crear unas velocidades de movimiento muy pequeñas de líquido en el tubo). La posición estable del chorro claramente pintado en el centro del tubo corresponde a flujo de régimen laminar.

Paso 8) Medir el caudal mediante el método volumétrico. Este método consiste en determinar el volumen del recipiente de aforo y el tiempo de llenado. Para ello se debe medir el tiempo mediante un cronometro hasta un nivel predeterminado en el recipiente. Luego calcular el volumen de agua almacenada y deducir el caudalmediante:

Dónde:Vol = Volumen de recipiente

Q Vo l t

t = Tiempo transcurrido para el llenado del recipientetir este paso el número de veces necesarias de manera que eda desarrollar un tratamiento de errores.

Paso 9) Observar a través de la tubería de vidrio el patrón de flujo instalado, realizando para ello, las anotaciones y observaciones pertinentes.


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Paso 10) Volver al paso 6 incrementando la apertura de la válvula de control.

Registrar las mediciones en forma ordenada, acompañar de cálculos intermedios que fundamenten el resultado final. Se tiene a disposición planillas ejemplo para la compilación de datos.

5. TIEMPO DE DURACIÓN DE LA PRÁCTICA

La práctica tiene una duración de 100minutos

6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRÁFICOS.

En el transcurso de la práctica y al final de esta, el alumno deberá tomar nota de todos los aspectos que considere necesario.Se recomienda utilizar la siguiente planilla de datos.


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Magnitud física Valor

Tiempo de llenado del aforador t (s)

Caudal de agua Q (cm3/s)

Velocidad media V (cm/s)

Temperatura del agua T (ºC)

Viscosidad cinemática (cm2/s)

Diámetro de la tubería D (cm)

Número de Reynolds Re

Tipo de régimen laminar o turbulento

Esta planilla de registro de datos debe ser entregada en fotocopia el mismo día de su realización en laboratorio.Se procederá de acuerdo a la explicación del docente

7. CUESTIONARIO.

Este cuestionario debe ser respondido luego de la realización del experimento.

1. ¿Qué fuerzas relaciona el número de Reynolds?

2. ¿A qué se denomina flujo Laminar o régimen laminar?

3. ¿Cuál es la diferencia entre fluido laminar, transicional y turbulento?

4. ¿A qué se denomina fluido laminar completamente desarrollado?

5. ¿A qué se denomina fluido turbulento completamente desarrollado?

6. Por una tubería con un diámetro interior de 2,067 pulg fluye Agua a 303 ºK con una velocidad de10 gal/min. Calcule el número de Reynolds.


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Práctica No. 3

TRANSFERENCIA DE CALOR I


La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales, como el resultado de una diferencia de temperatura. La termodinámica enseña que esta transferencia de energía se define como calor, la transferencia de calor complementa los principios primero y segundo de la termodinámica, al proporcionar leyes experimentales adicionales que se usan para establecer la rapidez de la transferencia de energía.

Los modos de transferencia de calor son:

• Conducción• Convección• Radiación

Transferencia de Calor por Conducción; La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales.


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La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1y T2, con T2> T1, se encuentra que el calor ∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier.

Donde k(en W/mºC) se llama conductividad térmica del material, magnitud que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor y produce la consiguiente variación de

temperatura; y es el gradiente de temperatura.

El signo menos indica que la conducción de calor es en la dirección decreciente de la temperatura.

Transferencia de calor por Convección: Mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia.


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Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.

Para expresar el efecto global de la convección, se utiliza la ley de Newton del Enfriamiento:

� = ℎ (� �� − �∞)

Aquí el flujo de calor transferido se relaciona con la diferencia global de temperaturas entre la paredy el fluido, y el área A de la superficie que entrega calor . La magnitud h se denomina coeficientede transferencia de calor por convección W/(�2 ∗ºC),Transferencia de calor por Radiación: La radiación térmica es energía emitida por la materiaque se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones.


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Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y transportada por ondas electromagnéticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiación electromagnética.

La masa en reposo de un fotón (que significa luz) es idénticamente nula. Por lo tanto, atendiendo a relatividad especial, un fotón viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en reposo. (La trayectoria descrita por un fotón se llama rayo). La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.

A diferencia de la conducción y la convección, o de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética es independiente de la materia para su propagación, de hecho, la

Transferencia de energía por radiación es más efectiva en el vacío. Sin embargo, la velocidad, intensidad y dirección de su flujo de energía se ven influidos por la presencia de materia.

Se limitará el análisis a la radiación electromagnética que se propaga como resultado de una diferencia de temperaturas, este fenómeno se llama radiación térmica.

Consideraciones termodinámicas muestran que un radiador térmico ideal, o cuerpo negro, emita energía de forma proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo y directamente proporcional al área de su superficie. Así:


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��𝑖�𝑖�� = ��4

Donde 𝜎 es la constante de proporcionalidad y se denomina constante de Stefan-Boltzman, quetiene un valor � = 5.669 ∗ 10−8 W/(�2 ∗ �4).

2. COMPETENCIAS

El alumno conoce y diferencia los distintos modos de transferencia de calor, analiza los fenómenos de transporte que se presentan en la práctica.

3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

3.1 Equipos y materiales

Caldero Termómetro Infrarrojo Flexómetro Tablas de propiedades de aislantes Termómetro de bulbo

3.2 Reactivos

N/A

4. PROCEDIMIENTO

- Medir las dimensiones del contenedor de ladrillo refractorio- Tomar la temperatura de la superficie del contenedor de ladrillo refractorio- Medir el espesor de la chapa de acero


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5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA

Tiempo de duración aproximado de la práctica 100 minutos.

6. MEDICIÓN, CÁLCULOS Y GRÁFICOS

1. Calcule el coeficiente global en el ladrillo refractario y la chapa de acero.2. Calcule la perdida de calor total del contenedor de ladrillo refractario.3. Cuanto es la perdida de energía en porcentaje si se genera 140000 Kcal/hr en el hogar

del caldero.

7. CUESTIONARIO

1. Cuantos Mecanismos de Transferencia de Calor están presentes en la Práctica. Explique2. Calcule la temperatura entre el ladrillo Refractorio y la chapa de acero, suponga la

temperatura interna del ladrillo refractorio a 720ºC.3. Qué tipo de flujo este presente entre el contenedor de ladrillo refractorio?4. La Unidad de Destilación Experimental de Hidrocarburos tiene un horno de combustión

de acero revestido de ladrillo refractorio, la altura del horno es de 1.2 m, diámetro de 0.9 m, la temperatura de la superficie asciende a 350 ºC y está en contacto con el aire (Asuma temperatura ambiente 25 ºC). Calcule el coeficiente de transferencia de calor.


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Práctica Nº 4

TRANSFERENCIA DE CALOR ll


La aplicación de los principios de la transferencia de calor al diseño de un equipo destinado a cubrir un objetivo determinado en ingeniería es de vital importancia.

Los intercambiadores de calor pueden tener como modo primario de transferencia de calor la conducción y convección.

El coeficiente global de transferencia de calor, al ser estudiado a través de una pared plana, esta expresada por:

Donde �� y ��son las temperatura del fluido a cada lado de la pared. El coeficiente global de transferencia de calor se define mediante la relación:

𝑄̇ = �� ∆�

El coeficiente de transferencia de calor estudiado en un intercambiador de calor con dos tubosconcéntricos, en el cual el fluido circula por el interior del tubo más pequeño, mientras que el otro fluido discurre por el espacio anular que entre los dos tubos, esta expresada por:

Dónde:


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U= Coeficiente global de transferencia de calor.A= Área total de transferencia de calor referida a U ∆� = Diferencia de temperatura entre el

vapory el agua.La diferencia media logarítmica de la temperatura ∆� se la debe calcular con la siguiente

ecuación.

Se debe hacer notar que el vapor es un caso especial ya que se considera que la temperatura del mismo permanece constante en todo el intercambiador.

2. COMPETENCIAS

El alumno determina el funcionamiento de un intercambiador de calor vapor – agua, calcula el coeficiente de transferencia de calor global U para el intercambiador de calor.

3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

Equipos y materiales

Intercambiador de Calor Enfriador de agua Recipiente Aforado


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Cronómetro Termómetro Infrarrojo


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Reactivos

Agua

4. PROCEDIMIENTO

- Seguir el circuito de flujos y observar cómo se comportan los accesorios de control y seguridad.

- Registrar la presión a la que entra el vapor, mediante tabla determinar la temperatura del vapor.

- Registrar la temperatura de entrada y salida de agua del intercambiador- Calcular el área interna y externa de transferencia de calor total de los tubos en el

intercambiador, utilizando el plano del intercambiador.- Calcular la diferencia de temperatura por el método de LMTD.- Medir el caudal de agua

ESQUEMA DE INTERCAMBIADOR DE CALOR.-

5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA

Tiempo de duración aproximado de la práctica 100 minutos.


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6. MEDICIÓN, CÁLCULOS Y GRÁFICOS

1. Con el uso de las ecuaciones mencionadas en el marco teórico, determinar el coeficiente de transferencia de calor global U.

2. Calcule al calor total transferido.3. Existen perdidas de calor? Justifique su respuesta

7. CUESTIONARIO

1. Que es el factor de suciedad o ensuciamiento? Qué efectos tiene en los intercambiadores de calor?

2. Como se podría determinar la eficiencia del intercambiador en la práctica?3. Cuáles son las ventajas de utilizar un intercambiador de calor de tubos y coraza en la industria?4. Se desea calentar una corriente de 6.03 kg/s de aceite vegetal de 25ºC a 90ºC, con vapor

de agua en un intercambiador de tubos y coraza, la presión de ingreso del vapor de agua es110 Kpa y la presión de salida del mismo es 139 Kpa, el área del intercambiador es de 2.3 �2.Determine:- La media de la diferencia de temperatura- Coeficiente global de transferencia de calor en �/�2 �

5. Fluye agua a una velocidad 1.13 kg/s en un intercambiador doble tubo, contracorriente y secalienta de 45ºC a 85ºC con aceite que tiene la capacidad calorífica de 1.95 ��/�𝑔� . El

aceiteentra al intercambiador a 120ºC y sale a 60 ºC. El coeficiente de trasferencia de calor globales de 300 �/�2 �.

- Determine el área del intercambiador6. En el circuito del intercambiador de calor explique qué finalidad tiene el regulador de presión y

cómo influye está en la temperatura.

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