Informe de Perdidas de Calor en El Secador Grupo c

PRDIDAS DE CALOR EN LA CMARA DE SECADO

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICAPRDIDAS DE CALOR EN LA CMARA DE SECADO

GRUPO B

I. RESUMEN

El presente informe trata del estudio experimental de la prdida de calor en la superficie externa de un Secador de Bandejas.En esta experiencia consiste en hacer trabajar un ventilador centrfugo a una determinada frecuencia de 928 RPM, que nos proporciona el flujo de Aire Hmedo que ingresa al equipo en el cual el flujo es calentado por una resistencia elctrica antes del ingreso del secador. Mediciones de temperaturas fueron realizadas con un psicrmetro para la entrada del ventilador y salida del secador y un termmetro de infrarrojo en las zonas previamente enumeradas en secador, tambin se determina una velocidad con el medidor pitot, resultando una velocidad mxima a r=0 de 4.36 m/s.Loa resultados son los siguientes:En el Secador de Bandejas, las prdidas de calor son: por el mtodo de las celdas 94.08 W, mtodo de temperatura media (por caras) es 73.24 W y el valor calculado por el balance de energa fue de -166.79 W,el signo negativo nos indica que el sistema ha cedido calor al ambiente.La mayor transferencia de calor sin considerar la entrada y la salida del secador es por parte de la cara frontal 16.25 w/m2 y la de menor transferencia es por parte de la cara inferior del secador con 1.07 w/m2.Se recomienda evitar que el secador este expuesto a interferencias como corrientes de aire o que se encuentre cercano a equipos que transfieran calor ya que stas pueden provocar una conveccin forzada, es mejor tener el secador en un lugar aislado.

II. INTRODUCCION

En la industria qumica es comn el uso de equipos donde exista una transferencia de calor, los cuales pese a estar cubierto con material aislante pierden una cantidad de calor, ocasionando mayores costos de operacin y disminuyendo as su eficiencia.Uno de estos equipos es el secador que por tener, un amplio uso en la Industria se hace importante el Anlisis de estas prdidas. El Secado es una operacin unitaria importante en muchas industrias qumicas y de transformacin, por lo que facilita el manejo posterior del producto y permite emplearlo adecuadamente, La caracterstica esencial del proceso de secado es la eliminacin de un lquido contenido dentro de un slido al ser transformado en vapor. Esta conversin se logra mediante el suministro de energa en forma de calor, predominando los mecanismos de conveccin y conduccin.Las temperaturas de las superficies de estos equipos estn, generalmente calientes y por circulacin del aire del medio ambiente se ocasionan prdidas de calor de manera espontnea sobre estas superficies por Conveccin Natural.De aqu, que el objetivo de la prctica es la determinacin de las Prdidas de Calor de un Secador de Bandejas.

III. PRINCIPIOS TEORICOSAntes de entrar en la metodologa que nos permite determinar las prdidas de calor en la cmara de secado, examinaremos con cierto detalle el proceso y fenomenologa del tipo de mecanismo de transferencia de calor, as como su relacin con el movimiento del fluido. CALOREl calor es la transferencia de energa trmica desde un sistema a otro de menor temperatura. La energa trmica puede ser generada por reacciones qumicas, reacciones nucleares, disipacin electromagntica o por disipacin mecnica. Su concepto est ligado al Principio Cero de la Termodinmica, segn el cual dos cuerpos en contacto intercambian energa hasta que su temperatura se equilibre.El calor siempre se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas y el flujo de calor siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio trmico.El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformacin que se efecte sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energa interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energa interna (energa trmica) de un sistema a otro, con la condicin de que estn a diferente temperatura.CAPA LMITE TRMICAEn el anlisis de problemas de transferencia de calor es de principal inters definir capa limite trmica, en el cual se define en la regin en donde los gradientes de temperatura estn presentes en el flujo; estos gradientes de temperatura sern el resultado de un proceso de intercambio de calor entre el fluido y la pared.Cuando se tiene una corriente alrededor de un cuerpo, si la temperatura del cuerpo es diferente de la temperatura alrededor del mismo se forma lo que se llama capa lmite trmico. La distribucin de temperaturas en la capa lmite trmica depende, fundamentalmente, de la velocidad de la corriente incidente. Esto va a afectar al calor transferido.

Figura a: perfiles de velocidadMECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALORTodas las industrias qumicas de proceso, utilizan en gran medida la transferencia de energa en forma de calor. El propsito de esta experiencia es aplicar la ecuacin de diseo, tal y como ha sido desarrollada, a la solucin prctica de problemas industriales de transferencia de calor. Se establece, tres mecanismos de transferencia de calor: Molecular - la transferencia de calor debida a la accin molecular; esto se conoce como conduccin. Turbulento - la transferencia de calor debida a un proceso de mezclado; esto se conoce por lo general como conveccin. Se ha establecido que estos dos mecanismos pueden existir de manera simultnea o individual. Un tercer mecanismo comn de transferencia de calor, la radiacin, se refiere a la transferencia de calor debida a la emisin y absorcin de energa sin contacto fsico. A diferencia de la conduccin o conveccin, que dependen del contacto fsico para la transferencia de energa trmica, la radiacin depende de las ondas electromagnticas, como un medio para la transferencia de energa trmica desde una fuente caliente, hasta un centro fro. CONDUCCINEs la forma que transmite el calor en cuerpos slidos, se calienta un cuerpo, las molculas que reciben directamente el calor aumenta su vibracin y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las molculas del cuerpo se agitan, por esta razn, si el extremo de una varilla metlica se calienta una flama, transcurre cierto tiempo para el calor llegue a otro extremo.CONVECCINProceso de transferencia de calor por accin combinada de conduccin de calor, almacenamiento de energa y movimiento de mezcla. Se realiza por etapas: primero, el calor fluye desde la superficie hacia las partculas adyacentes, incrementando su temperatura y energa interna; luego estas partculas se mueven hacia regiones del fluido de temperatura baja donde se mezclaran y transferirn parte de su energa.Esta se almacena como resultado del movimiento de masa.Se distinguen dos tipos:Conveccin libre: El movimiento del fluido se da por diferencia de densidades debido a la diferencia de temperaturas.Conveccin forzada: Cuando el movimiento es producido por algn agente externo (bomba, agitador, ventilador)Ecuacin general:

Dnde:: Rapidez de calor transferido por conveccin (/h): Coeficiente de transferencia de calor por conveccin (watts / h m2 K): rea de transferencia de calor (m2): Diferencia de temperaturas entre la superficie y algn lugar especfico

En esta experiencia se abordar el mecanismo de conveccin natural, la cual ocurre por medios naturales y es producida por una diferencia de temperatura y densidad. A diferencia de la conveccin forzada en presencia de la conveccin natural es difcil notar el movimiento del fluido, ya que ocurre con velocidades muy bajas, y por lo tanto los coeficientes de pelcula tambin sern bajos.

CONVECCIN NATURAL En conveccin natural o libre el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas del fluido en la presencia de una fuerza gravitacional. La densidad de un fluido disminuye con el incremento de a temperatura. En un campo gravitacional, dichas diferencias de densidad causadas por la diferencia en temperatura originan fuerzas de flotacin. Por lo tanto, en conveccin natural las fuerzas de flotacin generan el movimiento del fluido. Sin una fuerza gravitacional la conveccin natural no es posible. En conveccin natural una velocidad caracterstica no es fcilmente disponible. Algunos ejemplos de transferencia de calor por conveccin natural son: el enfriamiento de caf en una taza, transferencia de calor de un calefactor, enfriamiento de componentes electrnicos en computadoras sin ventilador para enfriar, y la transferencia de calor del cuerpo cuando una persona est en descanso.Figura: secador de bandejas (ejemplo de conveccin natural)

PARMETROS PARA CALCULAR EL COEFICIENTE DE PELCULA POR CONVECCIN NATURALEn el caso de la conveccin natural (2.2.7) las correlaciones incluyen tres nmeros adimensionales: Nu (nmero de Nusselt), Pr (nmero de Prandtl), Gr (nmero de Grashof). A continuacin se analiza brevemente el significado fsico de cada uno.NMERO DE NUSSELT (Nu)El Nmero de Nusselt es un nmero adimensional que mide el aumento de la transmisin de calor desde una superficie por la que un fluido discurre (transferencia de calor por conveccin) comparada con la transferencia de calor si sta ocurriera solamente por conduccin.Se considera una capa de fluido de espesor L con sus superficies a diferentes temperaturas T1 y T2, T1 > T2, T = T1 - T2, como se muestra en la figura:

El flujo de calor debido a la conveccin ser: , mientras que el flujo de calor si slo existiera conduccin sera . Dividiendo ambas expresiones:

Dnde:L: como una longitud caracterstica. Para formas complejas se define como el volumen del cuerpo dividido entre su rea superficial.K: como la conductividad trmica del fluido.h: como el coeficiente de transferencia de calor.Ambas transferencias se consideran en la direccin perpendicular al flujo.El nmero de Nusselt puede tambin verse como un gradiente adimensional de temperatura en la superficie. En transferencia de masa el nmero anlogo al nmero de Nusselt es el nmero de Sherwood. Cuanto mayor es el nmero de Nusselt ms eficaz es la conveccin. Un nmero de Nusselt de Nu = 1, para una capa de fluido, representa transferencia de calor a travs de sta por conduccin pura.

NMERO DE PRANDTL (Pr)Representa la relacin que existe entre la difusividad molecular de la cantidad de movimiento y la difusividad molecular del calor o entre el espesor de la capa lmite de velocidad y la capa lmite trmica:

El nmero de Prandtl va desde menos de 0.01 para los metales lquidos hasta ms de 100.000 para los aceites pesados. El Pr es del orden de 10 para el agua. Los valores del nmero de Prandtl para los gases son de alrededor de 1, lo que indica que tanto la cantidad de movimiento como de calor se difunden por el fluido a una velocidad similar. El calor se difunde con mucha rapidez en los metales lquidos (Pr > 1) en relacin con la cantidad de movimiento. Esto indica que la capa lmite trmica es mucho ms gruesa para los metales lquidos y mucho ms delgada para los aceites, en relacin con la capa lmite de velocidad. Cuanta ms gruesa sea la capa lmite trmica con mayor rapidez se difundir el calor en el fluido.NMERO DE GRASHOF (Gr)Representa la relacin que existe entre las fuerzas de empuje (o fuerzas de flotacin) y las fuerzas viscosas que actan sobre el fluido. Es un indicativo del rgimen de flujo en conveccin natural, equivalente al nmero de Reynolds en conveccin forzada.

Dnde:: Es la aceleracin de la gravedad.: Es el coeficiente de expansin volumtrica de una sustancia; representa la variacin de la densidad de esa sustancia con la temperatura a presin constante. Para un gas ideal ; T es la temperatura absoluta en K.: Es la longitud caracterstica. Para una placa vertical del longitud L, = L. Para un cilindro de dimetro D, = D.: Viscosidad cinemtica.Cuanto mayor sea el nmero de Grashof, mayor ser el movimiento libre del fluido. El nmero de Grashof slo se utiliza en conveccin natural.

NMERO DE RAYLEIGH (Ra)El Nmero de Rayleigh de un fluido es un nmero adimensional asociado con la transferencia de calor en el interior del fluido. Cuando el nmero de Rayleigh est por debajo de un cierto valor crtico, la transferencia de calor se produce principalmente por conduccin; cuando est por encima del valor crtico, la transferencia de calor se produce principalmente por conveccin. El nmero de Rayleigh refleja la transicin en la capa lmite adems, slo se utiliza en convencin natural.El nmero de Rayleigh es el producto del nmero de Grashof y el nmero de Prandtl.

COEFICIENTE VOLUMTRICO DE EXPANSIN TRMICA ()Esta propiedad termodinmica del fluido proporciona una medida de la cantidad por cual cambia la densidad en respuesta a un cambio de temperatura a presin constante.

Los efectos de conveccin libre dependen obviamente del coeficiente de expansin. Para un gas ideal

T es temperatura absoluta (K)CORRELACIONES PARA LA CONVECCIN NATURAL EN PLACASPlacas verticales:Para la placa vertical se ha desarrollado expresiones de la forma dada por la ecuacin (8) y se grafican en la figura 2. El coeficiente C y el exponente n dependen del intervalo del nmero de Rayleigh, y para nmero de Rayleigh menores que 104, el nmero de Nusselt se debe obtener de forma directa de la figura.

(8)Churchill y Chu recomiendan una correlacin que se puede aplicar sobre todo el intervalo de y es de la forma:

Placas horizontales e inclinadas:Para una placa vertical, caliente (o fra) con respecto a un fluido ambiental, la placa se alinea con el vector gravitacional, y la fuerza de empuje acta exclusivamente para inducir el movimiento del fluido en la direccin ascendente (o descendente). Sin embargo, si la placa est inclinada con respecto a la gravedad, la fuerza de empuje tiene una componente normal, as como tambin una paralela, a la superficie de la placa. Con una reduccin en la fuerza de empuje paralela a la superficie, hay una reduccin acompaante en la transferencia de calor por conveccin. Si hay, de hecho, tal reduccin, depende de si se est interesado en la transferencia de calor de la superficie superior o inferior de la placa.En uno de los primeros estudios de transferencia de calor de placas inclinadas Rich sugiri que los coeficientes de conveccin se podran determinar a partir de correlaciones de placa vertical, si se reemplaza por al calcular el nmero de Rayleigh de la placa. Desde entonces se determino que ste mtodo slo es satisfactorio para las superficies superior e inferior de placas fras y calientes respectivamente. En las superficies superior e inferior de placas inclinadas fras y calientes, respectivamente, se recomienda por tanto que, para se reemplace por y que la ecuacin (9) se use para calcular el nmero promedio de Nusselt. Entonces el nmero de Grashof ser:

Las correlaciones sugeridas por McAdams se utilizan ampliamente para placas horizontales, se puede obtener una precisin mejorada al alterar la forma de la longitud caracterstica sobre la que se basan las correlaciones. En particular con la longitud caracterstica definida como:

Donde As y P son el rea de la superficie y el permetro de la placa, respectivamente; las correlaciones que se recomiendan para el nmero de Nusselt promedio son:

Superficie superior de placa horizontal calienteSuperficie inferior de placa horizontal calienteSuperficie superior de placa inclinada calientePara:

IV. DETALLES EXPERIMENTALESMATERIALES Secador de bandejas de acero comercial con aislante de fibra de vidrio. Tubo de Pitot Ventilador centrfugo Manmetro inclinado. Tubera de PVC de 4 pulgadas de dimetro nominal. Psicrmetro. Caja de resistencia elctrica de 10 Kw. de potencia. Un psicrmetro (temperatura de bulbo seco y hmedo) Termmetro de infrarrojo. Dos controladores digitales de temperatura Cinta mtrica.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Medir las dimensiones del secador.2. Identificar los puntos en las paredes donde se tomarn la temperatura con el termmetro infrarrojo.3. Se ubica el Tubo de Pitot en el centro de la seccin transversal de la tubera de PVC y se toman las diferencias de altura en los manmetros de agua y manmetro diferencial inclinado.4. Encender el ventilador y seleccionar una determinada frecuencia, luego encender el calefactor y fijar una temperatura (set point) dentro de la cmara de secado para calentar el aire de entrada al secador y dejar que el sistema se estabilice.5. Se miden las temperaturas de bulbo seco y hmedo con el psicrmetro a la entrada del ventilador centrfugo y a la salida de la cmara de secado. As como en cuatro puntos ms durante el recorrido del flujo de aire.6. Paralelamente se secciona en zonas a todo el secador y se toma en cada zona un punto medio en donde se medir la temperatura con ayuda de un medidor de temperatura infrarrojo.7. Se miden las temperaturas del medio que rodea a cada superficie (cara) de la cmara de secado.

Esquema del equipo de trabajo

V. TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS

DATOS EXPERIMENTALESTABLA 1: Temperaturas del aire a la entrada y salida del ventilador y la temperatura del ambiente.

TEMPERATURA DEL AIRE A LA ENTRADA DEL VENTILADOR

T1Bulbo Seco21.11C

Bulbo Hmedo17.7C

T2Temperatura a la entrada de la resistencia23C

T3Temperatura a la salida de la resistencia (1ra.)23

C

T4

T52da. Temperatura la salida de la resistenciaTemperatura interna del secador46

47.8 C

TEMPERATURA DEL AIRE A LA SALIDAT6bulbo seco43.33C

bulbo Hmedo27C

TEMPERATURA DEL AMBIENTE (Definido para cada cara del secador

Cara frontalCara lateral derechaCara posterior

Bulbo Seco22.78CBulbo Seco21.11 CBulbo Seco21.111C

Bulbo Hmedo21.11 CBulbo Hmedo17.98 CBulbo Hmedo17.98 C

Cara lateral izquierdaCara superiorCara inferior

Bulbo Seco21.67 CBulbo Seco21.67 CBulbo Seco21.67 C

Bulbo Hmedo18.48 CBulbo Hmedo18.48 CBulbo Hmedo18.48 C

TABLA 2: Temperaturas de las superficies del secador. ( registradas para las diferentes temperaturas del setpoint del controlador.

CARA A (frontal)

# de celdaTEMPERATURA

5348.540Tprom

126.625.624.826.6

226.625.224.626.2

32725.424.426.6

428.626.825.628.6

528.226.224.828.2

629.828.225.428.8

729.227.625.628.4

829.227.625.428.8

930.428.826.229.6

1026.826.425.426.8

1126.826.22526.4

1226.826.424.827.2

CARA C (posterior)


5348.540Tprom

127.226.826.427.2

225.825.424.425.5

327.826.825.628.4

424.624.624.424.8

524.424.423.824.8

624.824.824.224.8

724.424.824.425.9

824.424.423.824.5

925.42523.624.8

1027.227.626.227.4

1126.82624.626.4

1229.628.626.629.1

CARA I (superior)


5348.540Tprom

124.624.223.624.2

224.824.22424.8

324.424.423.824.8

425.425.424.825.8

525.826.225.426.8

627.62726.226.8

728.829.227.824.2

830.431.229.224.8

CARA M (inferior)


5348.540Tprom

124.325.224.525.4

225.626.525.624.4

325.724.124.825.6

425.825.327.324.0

526.726.726.728.2

627.827.328.525.6

729.328.229.325.2

828.429.131.224.0

CARA D (lateral izquierda)


5348.540Tprom

126.625.624.826

226.826.225.226.2

33028.426.828.3

430.629.227.229

537.636.633.235.6

63835.831.635.1

CARA B (lateral derecha)


5348.540Tprom

126.426.225.625.6

225.825.824.625.2

325.625.624.225.2

426.426.425.625.8

526.225.825.225.2

625.425.624.426.8

TABLA 3: Temperaturas de las superficies del solido de salida y entrada del secador (SALIDA DEL SECADOR

CARA P (frontal)


5348.540Tprom

135.234.431.836.5

23534.431.836.4

336.235.232.837.2

CARA R (posterior)


5348.540Tprom

134.433.631.5435.2

236.6333134.6

334.43431.635.8

CARA Q (superior)


5348.540Tprom

132.83330.434.4

233.233.230.434.4

332.832.830.434.4

433.833.430.834.8

534.634.431.435.6

634.433.831.635.0

ENTRADA AL SECADOR

CARA E (posterior)


5348.540Tprom

144.440.23542.0

243.83834.842.2

342.635.233.842.4

CARA G (frontal)


5348.540Tprom

1434035.441.4

243.239.835.642.2

342.639.434.642.8

CARA H (lateral izquierdo)


5348.540Tprom

144.840.836.443.6

250.242.237.844.4

CARA F (lateral derecho)


5348.540Tprom

144.84136.443.6

244.441.235.644.4

TABLA 4: Dimensiones de las caras del secador.CARA A - FrontalCARA D - Lateral Izq.CARA B - Lateral Der.

DIMENSIONES DE CADA CELDADIMENSIONES DE CADA CELDADIMENSIONES DE CADA CELDA

Alto (m)0.31REA (m2)0.118Alto (m)0.31REA (m2)0.096Alto (m)0.3REA (m2)0.093

Ancho (m)0.38Ancho (m)0.31Ancho (m)0.31

dimensiones de caradimensiones de la caradimensiones de la cara

Alto (m)0.924REA (m2)1.399Alto (m)0.924REA (m2)0.571Alto (m)0.924REA (m2)0.571


CARA C- PosteriorCARA I- SuperiorCARA M- Inferior

dimensiones de cada celdadimensiones de cada celdadimensiones de cada celda

Alto (m)0.31REA (m2)0.118Largo (m)0.31REA (m2)0.118Largo (m)0.31REA (m2)0.118


DIMENSIONES DE LA CARADIMENSIONES DE LA CARADIMENSIONES DE LA CARA

Alto (m)0.924REA (m2)1.399Largo (m)0.618REA (m2)0.936Largo (m)0.618REA (m2)0.936


DATOS TERICOSTABLA 5: Valores tericos: Nmero de Prandt (Pr), Conductividad (k) y viscosidad (TPr. AguaPr. AireK.AguaK. Aire Aire

2950.8490.720.01950.02230.00001144

3000.8570.7070.01960.02630.00001589

3050.8650.70.02010.030.00002092

TABLA 6: Determinacin de la densidad del aceite.PRUEBAWPICNOMETRO (g)WPIC+ACEITE (g)WPIC+AGUA (g) agua a 19.3C (Kg/m3) aceite (Kg/m3) aceite promedio (Kg/m3)

118.981740.707044.5357998.37848.7864853.13

224.677468.927976.2160998.7857.4733

TABLA 7: Datos a la entrada y salida del secador.ENTRADA AL SECADOR

T bulbo seco (C)21.11

T bulbo hmedo (C)18

HA (kg agua/kg AS)0.01164

Y (Kg AS/Kg AH)0.98849

Y (Kg H2O/Kg AH)0.01151

H (KJ/KgAS)50.777

SALIDA DEL SECADOR

T bulbo seco (C)43.33

T bulbo hmedo (C)27

HA (kg agua/kg AS)0.01577

Y (Kg AS/Kg AH)0.98447

Y (Kg H2O/Kg AH)0.01553

H (KJ/KgAS)84.233

TABLA DE RESULTADOSTABLA 8: Resultados de la cara A (frontal):Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

26.622.78297.690.70931926511366439.9423.031.36

26.222.78297.490.70931720611220479.6702.951.19

26.622.78297.690.70931926511366439.9423.031.36

28.622.78298.690.709029711621066611.0713.392.32

28.222.78298.490.709127601919572110.8693.322.12

28.822.78298.790.709030770321816611.1683.422.42

28.422.78298.590.709128908920498210.9953.362.23

28.822.78298.790.709031319322205811.2183.432.43

29.622.78299.190.708935978025505511.6163.562.86

26.822.78297.790.709321026614913210.1593.101.47

26.422.78297.590.70931905621351669.9163.021.29

27.222.78297.990.709223594616733410.4533.191.66

Q total (W)22.73

Q total (W/m2)16.25

TABLA 9: Resultados de la cara C (Posterior):Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

27.221.11297.160.709430515221647611.1473.392.44

25.521.11296.310.709621773815450910.2493.111.61

28.421.11297.760.709336794126096611.6843.563.06

24.821.11295.960.70971822571293469.8102.981.29

24.821.11295.960.70971822571293469.8102.981.29

24.821.11295.960.70971822571293469.8102.981.29

25.921.11296.510.709624021917045010.5013.191.80

24.521.11295.810.70971700541206929.6452.931.17

24.821.11295.960.70971870581327549.8723.001.30

27.421.11297.260.709432682723184511.3413.452.56

26.421.11296.760.709527560519554210.8673.312.06

29.121.11298.110.709242713630291512.1343.713.49

Q total (W)23.37

Q total (W/m2)16.70

TABLA 10: Resultados de la cara I (superior):Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

24.221.67295.940.709701481051.7290.520.16

24.821.67296.240.709621841311.8260.550.20

24.821.67296.240.709621841311.8260.550.20

25.821.67296.740.709502441731.9590.600.29

26.821.67297.240.709393052172.0720.630.38

26.821.67297.240.709393052172.0720.630.38

Q total (W)1.62

Q total (W/m2)1.73

TABLA 11: Resultados de la cara M (inferior):Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m2*K)q (W)

25.421.67296.50.709552201560.9540.290.13

24.421.67296.00.709671601140.8820.270.09

25.621.67296.60.709532321650.9670.290.14

24.021.67295.80.70972136970.8470.260.07

28.221.67297.90.709223922781.1020.340.26

25.621.67296.60.709532321650.9670.290.14

25.221.67296.40.709582081480.9410.290.12

24.021.67295.80.70972136970.8470.260.07

Q total (W)1.00

Q total (W/m2)1.07

TABLA 12: Resultados de la cara D (lateral izquierda):Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m2*K)q (W)

2621.7296.840.70951831302.41720.820.33

26.221.7296.940.70951911362.43480.830.35

28.321.7297.990.70922842012.59270.890.55

2921.7298.340.70913152232.63730.900.62

Q total (W)1.84

Q total (W/m2)4.79

TABLA 13: Resultados de la cara B (lateral derecha):Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh(W/m2*K)q (W)

25.621.11296.360.70961586891126059.4823.231.35

25.221.11296.160.70961442071023369.2643.151.20

25.221.11296.160.70961442071023369.2643.151.20

25.821.11296.460.70961659561177579.5863.261.42

25.221.11296.160.70961435451018669.2543.151.20

26.821.11296.960.709519985514178810.0333.421.81

Q total (W)8.17

Q total (W/m2)14.31

TABLA 14: Resultados de la cara P:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

36.521.67302.090.7084857772140930113.1044.490.77

36.421.67302.040.7082457487040714613.0864.480.76

37.221.67302.440.7084360744043033113.2744.550.82

Q total (W)2.35

Q total (W/m2)67.77

TABLA 15: Resultados de la cara R:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

35.221.67301.440.708556214402.9571.010.16

34.621.67301.140.708595924192.9321.000.15

35.821.67301.740.708526514612.9811.020.17

Q total (W)0.47

Q total (W/m2)13.68

TABLA 16: Resultados de la cara Q:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

34.421.67301.040.70869139574398915514.8512.851.24

34.421.67301.040.70869139574398915514.8512.851.24

34.421.67301.040.70869139574398915514.8512.851.24

34.821.67301.240.708671443362102286714.9762.881.29

35.621.67301.640.708621539338109080915.2182.931.40

35.021.67301.340.708661467263103978815.0372.891.32

Q total (W)7.74

Q total (W/m2)37.66

TABLA 17: Resultados de la cara E:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

42.021.67305.00.710402688695191003819.7033.731.59

42.221.67305.10.710392698948191729619.7233.731.61

42.421.67305.20.710382709033192443419.7433.741.63

Q total (W)4.83

Q total (W/m^2)76.67

TABLA 18: Resultados de la cara G:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

41.421.67304.70.710032825134200591819.9663.781.57

42.221.67305.10.709992864406203368820.0403.801.64

42.821.67305.40.709962891947205315620.0923.811.69

Q total (W)4.89


TABLA 19: Resultados de la cara H:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

43.621.67305.80.710322904447206308620.1204.110.82

44.421.67306.20.710282947798209376720.2014.130.85

44.821.67306.40.710262968536210844020.2394.141.49

47.021.67307.50.710163072174218172920.4284.191.66

44.821.67306.40.710262968536210844020.2394.142.49

45.621.67306.80.710223008213213650720.3124.162.59

Q total (W)9.91


TABLA 20: Resultados de la cara F:Tw (C)T(C)Tprom (K)Pr aire hmedoGrLRaLNuLh (W/m^2.K)q (W)

43.621.67305.80.7103225793918321910.6934.900.44

44.421.67306.20.7102826178918594410.7324.920.45

44.821.67306.40.7102625130917849510.6244.870.78

47.021.67307.50.7101624446517360810.5504.850.86

44.821.67306.40.7102624168917166210.5214.831.29

45.621.67306.80.7102223241316506610.4194.781.33

Q total (W)5.15

Q total (W/m^2)113.91

TABLA 21: Resultados (referentes a la velocidad del fluido) obtenidos por el mtodo grafico a una frecuencia de 18.1 Hz.

FRECUENCIA: 18.1 Hz

r(m)h aceite (plg)h agua (cm)Vmax(m/s) Reprom/Vmxmedia

0.000.091.45.38338478.310.814.360

TABLA 23: calor perdido: Por diferencia de entalpas

Balance de Energa - Q perdido (W)

En el secador-166.95

Por iteraciones

Mtodo de reas (por celdas)94.08

Mtodo de temperatura media de superficie (por caras)73.24

VI. DISCUSIN DE RESULTADOS

En el grfico N1 se observa que las mayores prdidas de calor la tiene la cara frontal. Esto debido a que los valores ms altos del nmero de Grashof( aplicado al tipo de transferencia de calor de tipo conveccin natural) le corresponden a la cara frontal lo que indica que en esta cara existe un mayor movimiento libre de fluido (flujo turbulento) pues el nmero de Grashof es similar al nmero de Reynolds, es decir, a mayor nmero de Grashof el fluido tiene a ser turbulento . Se observa del grafico N1 que las mayores prdidas de calor se dan al determinar por celda y no por caras del secador pues por el clculo de perdida de calor por celdas son ms cercanos al real por que consideran una temperatura para cada celda en el secador (esto disminuye el error), a diferencia del otro que es por caras, en la que se asume una temperatura uniforme en toda la cara del secador(placa isotrmica), esta suposicin es falsa pues experimentalmente las celdas tenan diferentes temperaturas. Se observa del grafico N2 que las mayores prdidas de calor por unidad de rea estn al ingreso y salida del secador, mientras en las caras del secador ya sea en la frontal ,posterior ,etc. y en especial en la cara inferior la transferencia de calor es pequea esto se debe a que en las entradas y salidas no presentan aislante y en las caras del secador si , pues el aislante impide el paso o la transmisin del calor y tambin tiene una mayor resistencia comparada con el material del secador que es de acero galvanizado en el cual este tiene una mayor conductividad trmica. De la grfica N4 y N5 con respecto a las prdidas de calor por unidad de rea ya sea en la salida y entrada respectivamente las caras que obtuvieron mayor prdida son la cara Q lateral derecha y la cara G frontal esto se debe a que en esas caras hay una mejor transferencia de calor comparadas con las dems caras de la salida y entrada del secador y sin considerar la de entrada ni de salida la cara frontal por unidad de rea tiene mayor transferencia de calor en el secador. Al realizar balance de energa al sistema con el objetivo de determinar tambin el calor perdido en watts se obtuvo un valor mayor con respecto a los obtenidos con los otros mtodos.

VII. CONCLUSIONES

Para el clculo de prdidas de calor es ms preciso obtenerlos por celdas que por caras, por que estas no consideran una temperatura uniforme en la placa (lo que se observa en la experiencia). Las mayores prdidas de calor se encuentran a la entrada y a la salida del secador debido a la falta de aislante trmico. Cabe destacar que estas prdidas representan el 89. % del total. De los mtodos usados ya sea por celda o por cara se concluye que a mayor nmero de divisiones de la cara, mejor ser la aproximacin para el clculo del calor perdido. Las mayores prdidas de calor se producen en las caras de mayor rea de transferencia de calor. Las prdidas de calor obtenidos usando el balance de energa son mayores que los encontrados usando el mtodo iterativo.

VIII. RECOMENDACIONES

Evitar que el secador este expuesto a interferencias como corrientes de aire o que se encuentre cercano a equipos que transfieran calor ya que stas pueden provocar una conveccin forzada, es mejor tener el secador en un lugar aislado. Para obtener una mejor aproximacin del calor perdido es conveniente separar las superficies del secador en subdivisiones de reas ms pequeas. Empezar a tomar las temperaturas despus de esperar un tiempo hasta que stas se mantengan constantes. Humedecer el bulbo del psicrmetro antes de cada determinacin de la temperatura del bulbo hmedo. Al terminar la prctica se debe apagar primero la caja de resistencia y luego el ventilador para as no daar la resistencia.

IX. BIBLIOGRAFA

Donald Q. Kern Procesos de transferencia de calor Editorial continental S.A Mexico; Pginas: 45-78. Incropera Frank, David P. DeWitt; Fundamentos de transferencia de calor; Editorial Prentice may, Mxico 1999

Kreith, Frank: Principios de Transferencia de Calor; Editorial Herreo Hermanos, Sucesor, S.A; 1ra Edicin en espaol; 1970; pgs. 282, 283, 296.

X. GRFICOS

Grfico N1: Prdida de calor en las paredes del secador

Grfico N2: Prdidas de calor por unidad de rea en las paredes

Grfico N3: Prdidas de calor por unidad de rea en todo el secador

Grfico N4: Prdidas de calor a la salida del secador

Grfico N5: Prdidas de calor a la entrada del secador

Grfico N6: Porcentaje de prdidas en el secador por W/m2

XI. APNDICEEJEMPLO DE CLCULOS

1. Clculo de las prdidas de calor para paredes verticales y horizontales del secador.Para la primera cara A (frontal) tenemos:rea: 0.1178 m2Permetro: 1.38mTW (temperatura de pared) = 26.4 CT (temperatura del fluido)= 22.78 CTW - T = 3.6 CPara calcular las prdidas de calor en esta pared aplicamos la ecuacin.

Procedemos entonces a hallar el nmero de Grashof, para esto tomamos las propiedades de los fluidos a la temperatura media y hallamos la longitud caracterstica de la superficie:

Entonces:, reemplazando en la ecuacin, resulta:

En la siguiente ecuacin reemplazamos Gr para hallar el nmero de Rayleigh:

En donde 0.7093 es el nmero de Prandtl del aire hmedo calculado a partir de los nmeros de Prandtl del aire y agua respectivamente. Luego hallamos el nmero de Nusselt de la siguiente forma:

Luego, despejando h de la ecuacin (3) y reemplazando el valor de Un

Por lo tanto la prdida de calor en esta regin del secador ser:

De la misma manera se procede con el clculo de las superficies laterales, arriba y abajo. (Tablas 8 al 15).

2. Clculos de las prdidas de calor en las superficies de entrada y de salida del secador.Para este clculo se dividi el slido de entrada en 4 caras y el de salida en tres. Debido a la geometra de los slidos, las superficies se trabajaron como superficies planas: dos superficies verticales con un cierto ngulo de inclinacin, y dos superficies verticales.

Superficie vertical inclinada con la pared caliente hacia arriba (superficie C1).Para la primera divisin de esta superficie tenemos:Tenemos:rea: 0.03425 m2ngulo: 60TW (temperatura de pared) = 34. 8CT (temperatura del fluido)= 21.67 CTW - T = 13.13C

Para calcular las prdidas de calor en esta pared aplicamos la ecuacin:

Procedemos entonces a hallar el nmero de Grashof, para esto tomamos las propiedades de los fluidos a la temperatura media y hallamos la longitud caracterstica de la superficie:

Tenemos: , reemplazando en la ecuacin, resulta:

En la siguiente ecuacin reemplazamos Gr para hallar el nmero de Rayleigh:

Luego aplicamos la siguiente ecuacin para hallar nmero de Nusselt:

Luego, despejando h y reemplazando el valor de Nu

Por lo tanto la prdida de calor en esta regin del secador ser:

De igual para todas la superficies inclinadas. (Tablas 16 al 20).

3. Calor perdido por el secador (iteraciones)El calor total se calcula de la siguiente manera:

Donde n es el nmero total de divisiones del secador. 4. Balance de energa en la entrada y en la salida del secador.Para hacer el balance de energa se tomaron las condiciones del aire a la entrada del secador (salida de la resistencia) y salida del secador. Para esto tenemos que calcular lo siguiente:

Clculo de las propiedades del aire hmedo:Temperatura del bulbo seco: 21.11 C Temperatura del bulbo hmedo: 18C Con los datos anteriores evaluamos en la carta psicomtrica donde tenemos:Humedad absoluta: Kg agua/kg aire secoFraccin en peso de agua y aire:

Calculando el peso molecular promedio con las fracciones:

Calculo de la velocidad mxima y media mediante el mtodo grafico

Dnde:Cp = Coef. del medidor de tubo pitot (asumimos 0.98)g = Aceleracin de la gravedad = 9.8 m/s2h = Lectura del picnmetro (m)= 0.04064

Reemplazando:Vmx = 5.383 m/s

Reemplazando:

Calculo de la viscosidad del aire hmedo y rea de la tubera.

Calculo de flujos masicos G (kgAH/s) y G (kgAS/s):

Calculo de Q perdido (W):

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Informe de Perdidas de Calor en El Secador Grupo c

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