Una práctica de transferencia de calor
Objetivos. Para qué ?
Es importante que cada alumno se acostumbre a identificar un equipo de transferencia de calor como es el condensador horizontal, disponible en el laboratorio de Operaciones Unitarias. Este, es utilizado frecuentemente en las plantas químicas como parte de equipo más complicado (como operación auxiliar). El conocimiento de las aplicaciones de los equipos para intercambio de calor, además de matizar con un sentido práctico, enriquese el conocimiento del tema. El aprender a manejar, estabilizar y controlar la operación del condensador, capacita al estudiante proporcionandole competencia en la materia.
El Sistema de trabajo. Cómo se hace ?
El diseño de las prácticas está hecho en base a actividades específicas a desarrollar durante tres sesiones presenciales en el laboratorio. Actividades que giran alrededor de un experimento sobre un equipo. A continuación se sugieren parte de los fragmentos de cada una:
1a Sesión
El profesor, inicia la descripción de las características relevantes del aparato de intercambio de calor y hace una breve demostración del manejo operativo del mismo.
Cada alumno puede crear y plantear objetivos a alcanzar en la realización de la práctica. Se apuntan algunos como sugerencia: conocer el equipo, analizar el funcionamiento, desarrollar el manejo operativo etc. Además de éstos, podrás agregar sus objetivos propios, previa planificación de la práctica.
Como actividades a realizar, que sirven de ayuda para alcanzar los objetivos se presentan las siguientes:
(a) Al finalizar el segmento de la descripción (por parte del profesor) podrás elaborar un diagrama preliminar de flujo del condensador y cada uno de sus accesorios. Por medio de la observación, dibuja el diagrama sobre una hoja, con aquellos símbolos que corresponden a cada elemento del conjunto. Durante y al final de la actividad, el profesor te guiará y evaluará tu conocimiento acerca del equipo, en base a tu diagrama individual.
(b) Después de la demostración respectiva del profesor, los alumnos proceden a manejar el equipo y determinan sus características y particularidades, como evento de preparación para la segunda sesión operativa.
2a Sesión
Para participar en la sesión, cada alumno presenta su diagrama final completo y hecho en computadora (No se acepta el copiado de diagramas), además, se presenta una lista con las etapas más importantes del inicio de operación del equipo.
La actividad principal consiste en la operación del equipo.
Los alumnos deben iniciar (el arranque) la operación; a continuación, se requiere alcanzar en la operación condiciones de régimen permanente (sin cambio con el tiempo) mediante el manejo de válvulas y con lecturas y observación de niveles; luego, mantener ésta condiciones de régimen. Finalmente, después de la anotación de las lecturas, detener la operación del equipo.
Datos experimentales. Una vez alcanzado y durante el régimen permanente, los alumnos obtienen los datos experimentales mediante lecturas en los indicadores correspondientes. Estos datos, son la base de cálculo para obtener los indicadores de la operación (de transferencia de calor en el condensador).
3a Sesión
Esta es la sesión llamada discusión de cálculos. Cada alumno presenta un reporte individual del desarrollo de cálculos y resultados. En ella, se estudian los resultados de la práctica comparando valores numéricos contra estimaciones sugeridas en la literatura técnica. Por ejemplo. En éste caso se encuentran las variables de: coeficientes individuales del condensado de vapor y de agua, coeficientes globales para intercambio de calor entre vapor-agua, velocidad del agua dentro de los tubos, caida de presión del agua, resistencia de incrustación. De acuerdo al procedimiento anterior, se puede obtener varias conclusiones: las lecturas de datos, fueron correctas ? Se realizaron los cálculos, adecuadamente ? Se emplearon las ecuaciones pertinentes ? la operación y el manejo del equipo, fué apropiado ? Entre el balance de calor y la eficiencia térmica, existe concordancia ? En esta sesión no esta dirigida a realizar los cálculos sino mas bien en estudiar los resultados y en base a las conclusiones los alumnos establecen un diagnostico: ya sea que el proceso se desarrolló de acuerdo a lo previsto o se introdujeron errores. En caso necesario, se modifican operaciones, ecuaciones, planteamientos, o conceptos para correjir y afinar los resultados.
Durante la segunda sesión de una práctica la actividad principal consiste en operar o manejar el equipo con la finalidad de obtener datos experimentales que servirán de base de cálculo de las variables que sirven como indicadores del funcionamiento del equipo.
La operación del equipo consiste en hacer circular los fluidos de interés dentro del equipo. El agua como fluido de servicio se hace circular dentro de cinco tubos en el condensador y el vapor considerado como fluido o corriente de proceso ocupará el espacio del lado de la envolvente, es decir se condensará por fuera de los tubos.
Se inicia la operación a partir de la inactividad total del equipo. Si el operador no se encuentra plenamente familiarizado con el procedimiento de operación es conveniente establecer un esquema que le permita gradualmente capacitarse en dicho conocimiento. Para ello, es altamente recomendable hacer circular primero el agua antes que el vapor, como medida de seguridad, debido a que el equipo dispone de una mirilla de vidrio.
Antes de iniciar con la apertura de válvulas y conectar el interruptor del motor, el alumno debe proceder con cautela al observar las líneas de flujo que intervienen para cada fluido por medio de su diagrama así como en las líneas reales del equipo. Debe establecer referencias con la dirección del flujo de cada fluido. Por ejemplo, se inicia el seguimiento de apertura de válvulasen el extremo de la línea, a partir del abasto de agua al tanque de suministro al condensador. En resumen, se abre la válvula general que alimenta de agua al tanque inicial.
Luego, se procede en orden secuencial en la dirección del equipo principal sin omitir ninguna de las válvulas que se encuentren ubicadas sobre la línea. Se terminará el procedimiento en el extremo de salida del fluido. El alumno podrá hacer un listado de la secuencia anotando los pasos ordenados con una breve descripción del objetivo de cada paso y auxiliándose con la codificación correspondiente al accesorio, la válvula o el equipo auxiliar referido, para una mejor descripción del proceso