CONDENSACION DE VAPOR DE AGUA EN TUBOS VERTICALES

                         Universidad de Oriente

Núcleo de Anzoátegui

Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas

Departamento de Mecánica

Laboratorio de Ingeniería Mecánica III

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Laboratorio de Ingeniería Mecánica III

(CONDENSACION DE VAPOR DE AGUA EN TUBOS VERTICALES)

Puerto La Cruz, Julio de 2022

RESUMEN

La práctica realizada se basó en la experimentación con un intercambiador de calor, con el fin de aprender los procesos de condensación del agua dentro de los tubos, el experimento se realizó 12 veces variando las alturas de carga.

CONTENIDO

RESUMEN        2

CONTENIDO        3

1.        INTRODUCCIÓN        4

2.        OBJETIVOS        7

2.1        Objetivo general        7

2.2        Objetivos específicos        7

3.        MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS        8

4.        PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL        9

5.        RESULTADOS        10

6.        ANÁLISIS DE RESULTADOS        13

7.        CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES        16

8.        BIBLIOGRAFÍA        19

APENDICES        20

APENDICE A. EJEMPLO DE CÁLCULO        21

APENDICE B. ASIGNACIÓN        23

APENDICE C. ANEXOS.        32

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor son comúnmente parte de los sistemas tecnológicos y el intercambiador de calor tubular es uno de los tipos que se aplican a menudo. Los intercambiadores de calor tubulares más eficientes utilizan el calor latente de los fluidos, como el cambio de fase de líquido a gas (evaporación) o el cambio de fase inversa de gas a líquido (condensación). El diseño térmico de un intercambiador de calor tubular basado en el calor de condensación requiere el conocimiento del proceso de cambio de fase en los tubos.

1.2 Condensación

El primer trabajo sobre condensación de película laminar fue publicado por Nusselt en 1916, donde Nusselt expresó analíticamente el coeficiente de transferencia de calor de condensación en función de la cantidad de condensado de vapor. La ecuación de Nusselt asume una película líquida suave y uniforme en la superficie de la pared y el coeficiente de transferencia de calor de condensación es igual a la relación entre la conductividad térmica y el espesor de la película condensada. En 1952, Bromley, LA., publicó más tarde el efecto del subenfriamiento del condensado en la pared de la superficie, mientras que en el año 1956, Rohsenow, W.M., estudió la distribución no lineal de la temperatura en el condensado de la película. La teoría clásica de Nusselt también fue extendida con respecto a los cambios de momentum del condensado de película por Sparrow, E.M. en sus trabajos de 1956, 1959 y 1969, y los trabajos sobre la estabilidad del flujo laminar de la película de condensado fueron publicados por Bankoff, S.G. en 1971 y Marschall, E. y Lee, C.Y. en 1973. La ecuación de Nusselt con la suposición de una película líquida suave en la superficie de la pared es válida para el vapor estacionario, porque el vapor que fluye en el tubo provoca ondas en la superficie del condensado y estas ondas mejoran la transferencia de calor de condensación. El efecto de la onda fue estudiado por Kapitsa, P.L. en 1948 y posteriormente McAdams, W.H. [1] recomendó multiplicar la ecuación de Nusselt por el factor de efecto de la onda 1,2 como una corrección de la discrepancia entre los resultados experimentales y la solución teórica de Nusselt. La ecuación de Nusselt fue aumentada en aproximadamente un 20,6% por Whitham, G.B. [2] como el efecto de la onda en el coeficiente de transferencia de calor de condensación. La siguiente ecuación teóricamente determinada que incluye el efecto de la onda fue publicada por Hobler, T. en 1961 (ver ecuación (13)). La ecuación para la predicción del coeficiente de transferencia de calor de condensación también se puede determinar de forma experimental y suele formularse en función exponencial. Las bases de la función exponencial son a menudo las propiedades del fluido (Nu, Pr, Re, entre otras), por ejemplo, Hausen, H. [3] en la ecuación (15) o condiciones de contorno (q, p, DT, entre otras) donde los exponentes de bases son determinados mediante mediciones experimentales, por ejemplo, Kutateladze, S. [4] en la ecuación (14). El tema de la condensación de vapor de agua se ha estudiado en muchos trabajos de forma teórica o experimental y aún se continúa estudiando. En el 2015, Pashkevich, R.I. y Muratov, P.V. estudiaron la condensación de vapor de agua en un tubo vertical con una relación entre la longitud y el diámetro interior L/D = 1,10.  

1.2.1 Ecuaciones básicas de la transferencia de calor de condensación

El calor de condensación transferido Qv [W] entre el vapor de agua y el agua de enfriamiento se calcula a partir de la ecuación (1), donde la entalpía específica del condensado de vapor de agua es hc,out = 419,10 kJ/kg y la temperatura de condensación es tv,out = 100 ºC. La diferencia de temperatura media logarítmica ΔT [K] para contraflujo se determina con la ecuación (2). El coeficiente de transferencia de calor global unidimensional en estado estable k [W/(m.K)] para una pared cilíndrica en la zona de condensación se calcula a partir de la ecuación (3). Finalmente, el coeficiente de transferencia de calor de condensación αv [W/(m2 .K)] se determina mediante el método de resistencias térmicas.

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