INTERCAMBIADOR DE CALOR DEL TIPO TUBO SERPENTIN

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

PRÁCTICA:

“INTERCAMBIADOR DE CALOR DEL TIPO TUBO SERPENTIN”

PROF: JOSÉ OSCAR GERMÁN IBARRA

INTEGRANTES:

GARCIA ESPINOZA ARIANA

GONZÁLEZ ROMERO MARÍA JOSÉ

LLANOS GUERRERO AXEL ANTONIO

RODRIGUEZ SOLIS JAIR IVAN

--------- EMMANUEL

GRUPO: 2IM87 EQUIPO: 6

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE SERPENTIN

Se denomina serpentín o serpentina a un tubo de forma frecuentemente espiral, utilizado comúnmente para enfriar vapores provenientes de la destilación en un calderín y así condensarlos en forma líquida. Este aparato se utiliza de diversas formas pero más comúnmente en el laboratorio de química.

Los serpentines se usan desde la antigüedad en la destilación de bebidas alcohólicas, aunque en la actualidad cualquier proceso de refinado de crudos u obtención de un producto químico puede utilizar un serpentín, bien para enfriar, bien para calentar líquidos o gases.

Los calentadores de agua para el hogar que funcionan con gas butano llevan un serpentín, que es expuesto a las llamas y dentro del cual circula el agua a calentar. También se utiliza un aparato muy parecido para esterilizar la leche, el cual la somete a un cambio brusco de temperatura haciéndola pasar de un serpentín caliente a otro refrigerado en un lapso breve.

El serpentín también forma parte de los equipos de aire acondicionado y/o refrigeración. El serpentín es un equipo intercambiador de calor que al estar en contacto con el aire de retorno el cual regresa caliente, enfría el aire gracias al refrigerante a baja temperatura que circula por su interior, y lo envía de nuevo mediante los ductos transportadores a las instalaciones y mediante este proceso la temperatura del aire presente en las instalaciones se mantiene bajo condiciones de confort.

VENTAJAS

Los intercambiadores de serpentín se usan en casos en que no hay tiempo o dinero para adquirir un equipo comercial, ya que son fáciles de construir en un taller.

Son fácilmente removibles y transportables se usan mucho para instalaciones provisorias.

El rendimiento del intercambio es bueno y son fáciles de limpiar exteriormente. La limpieza interior generalmente no es problema, ya que la aplicación más frecuente es para calentamiento, generalmente con vapor.

Se pueden utilizar tanto para calentamiento como enfriamiento, así como para condensación o vaporización, por su amplio rango de operación de presión y temperatura.

DESVENTAJAS

El vapor no ensucia pero es bastante corrosivo

Solo se utilizan cuando generalmente el requerimiento de área es pequeño.

No se recomienda cuando el fluido que circula por el interior del tubo es incrustante.

Una desventaja notable es el costo de capital frente al costo de operación.

TIPOS DE SERPENTIN

Serpentines condensadores: Están diseñados para trabajar de acuerdo a las necesidades específicas de su sistema ya sea aire acondicionado, refrigeración y congelación aún en condiciones ambientales adversas.

Serpentines evaporadores: son diseñados para desempeñarse en un amplio rango de temperaturas tanto para aire acondicionado, refrigeración y congelación.

Serpentines de agua helada: Están diseñados para resolver las necesidades de enfriamiento tanto en aplicaciones de aire acondicionado como para procesos industriales. (Uso de agua y otros fluidos como anticongelantes o salmueras).

Serpentines de vapor: Están diseñados para trabajar a diferentes presiones en sistemas donde se requiere vapor.

POR DENTRO

POR FUERA

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Suele ser de vidrio, cobre u otro material que conduzca el calor fácilmente.

APLICACIONES INDUSTRIALES

Los serpentines son unidades de transferencia hechas de tubo liso o aleteado por los que circula un fluido en el interior de los tubos y otro se ubica dentro de un área confinada, estos equipos pueden verse comúnmente en ollas de calentamiento, contenedores de agua helada, calentadores de aire, enfriadores de aire, chaquetas de autoclaves etc.

La configuración de los serpentines es muy variada, aunque el principio establece que la unidad debe tener una longitud definida y el fluido entra y sale por el mismo tubo. Los serpentines suelen conseguirse en configuraciones helicoidales rectas en U etc.

Son usados principalmente en:

Vitrinas de exhibición refrigeradas

Enfriadores de botellas

Lavanderías y tintorerías

Manejadoras de aire

Aire acondicionado de centros de computo

Papel

Aire acondicionado para transporte

Plásticos

Zapatos

Cuartos ambientales

DATOS EXPERIMENTALES.

Termopar

(agua caliente) Termopar

(agua fría) Termopar

(vapor de agua) Termopar

Termopar

(agua del condensado frío)

59 26 103 60 26

61 25 104 61 26

61 25 104 62 26

61 25 104 62 26

61 25 104 62 26

62 25 104 62 26

Rotámetro

=L/min Pv

=Kg/〖cm〗^2 Tv

=°C Tc

=°C 〖Tc〗_frío

=°C θ

=min T_(agua fria)

=°C T_(agua caliente)

=°C 〖∆z〗_condensado

=m

10 0.5 104 26 26 13 25 61 0.13

TABLA DE DATOS ADICIONALES.

ρ_(@25°C)=Kg/m^3 ρ_(@25°C)=Kg/m^3 d_i

=m ʎ_█(@104°C@=Kcal/Kg) ∆z

=m θ=h A

=m^2 K_(@82°C)

=Kcal/(hm^2°C) ρ_(@61°C)=Kg/m^3 L

=m μ_(@82°C)

=Kg/hm Ds

=m μ_(@104°C)

=Kg/hm L

=m

997.73 996.36 0.28 536.4 0.13 0.6 0.516 0.5747 972.61 10 1.26 0.37 2.5848 0.14

K_(104°C)

=Kcal/(hm^2°C) ρ_(@104°C)=Kg/m^3 e

=m K_latón

=Kcal/(hm°C)

0.5442 982.60 1.2446*〖10〗^(-3) 95

Cálculos:

Cálculo del gasto masa de agua

G_v=10min*(0.01m^3)/1L*60min/1h=0.6 m^3/h

〖Gm〗_a=G_v*ρ_(@25°C)=Kg/h

〖Gm〗_a=0.6 m^3/h*997.73 Kg/m^3 =598.237 Kg/h

Cálculo del gasto masa del condensado

〖Gm〗_vc=G_v*ρ_(@26°C)=Kg/h

〖Gm〗_vc=0.03695 m^3/h*996.86 Kg/m^3 =36.8398 Kg/h

Cálculo del gasto volumétrico del condensado

〖Gv〗_vc=(π*D^2)/4*∆z/θ=m^3/h

〖Gv〗_vc=(π*〖0.28m〗^2)/4*0.13m/13min*60min/1h=0.03695

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