cierta curvatura# El intercambio intercambio de energía se $ace entonces por convección desde un uido a una supercie! por conducción a trav%s de la placa o pared y nalmente por convección desde la supercie $asta el segundo uido#
Practica 4 Laboratorio de ingeniería química 2. Martínez Reséndiz Angélica CAMBIA!R"# " CAL!R "$ #"RI". Introducci%n&
!b'eti(o
Un dispositivo cuyo principal propósito es la transferencia de energía entre dos uidos se llama intercambiador de calor y se clasican en tres categorías: a) Regen egener erad ador ores es b) Intercamb Intercambiador iadores es de tipo abierto abierto c) Intercamb Intercambiado iadores res de tipo tipo cerr cerrado ado o recuperadores El tercer tipo de intercambiador es el que se utilia en el que las corrientes de en el que las corrientes de uido caliente y frío no entran en contacto directo! sino que est"n separadas por la pared de un tubo o por una supercie que puede ser plana o con
&alcular el menor u'o de agua de enfriamiento que se requiere para enfriar una corriente de proceso de ( *+$ desde ,-c $asta ./-c utiliando los siguientes arreglos#
(#0 El arreglo arreglo de . cambiadores cambiadores en serie de acuerdo al arreglo ( .#0 El arreglo arreglo de . cambiadores cambiadores en serie de acuerdo al arreglo . 1#0 Un cambiador de coraa con tubos 2#0 Un cambiador de placas
Resultados& Arreglo ) Cambiador de coraza y tubos
T1 $C 50 50 50 50 50 50
A T2 $C %&'& 43.1 39.2 43.7 40.5 40.9
t1 $C
t2 $C
34 27.2 24.2 25.5 24.1 24.3
21.9 21.8 20.9 21.1 20.5 20.8
LMTD $C 18.5802 21.4659 21.2770 23.1391 22.3127 22.3101
Cambiador de placas
T1’ $C 43.8 42 39.9 41 41.1 39.8
B T2’ $C 37.1 31.2 26.8 28.2 26.8 26.4
t1’ $C
t1 ’ $C
33.2 27.2 23.7 25.3 24.1 24.3
39.2 34 29.1 30.7 29.1 28.1
Flujos
LMTD $C 4.2404 5.7708 6.1692 5.8386 6.2347 5.5890
Wc W c L!"#
Wf L!"#
100 10 1 00 100 100 100 100
100 150 200 250 300 350
Arreglo 2 Cambiador de placas
Cambiador de coraza y tubos
C
Flujos
D
T1 $C 33 50 50
T2 $C 31.3 29.1 28.8
t1 $C 23.7 22.1 21.5
t2 $C 38.3 34.7 32.7
50
25.9
20.7
50 50
25.7 24.9
20.8 20.5
LMTD #¡NUM! 10.6146 11.5897
T1’ $C 33.4 31.9 31.1
T2’ $C 34.6 33.9 30.8
t1’ $C 39.1 35.6 33.4
29.8
11.0536
27.5
26.4
30.4
29.7 28.3
10.8345 10.8416
26.5 26.1
27.7 26.7
29.7 28.2
t2’ $C 36.8 36.2 33.1
LMTD
-3.9243 -2.8018 -2.2869 #¡NUM 27.4 ! 29.2 -2.3325 27.7 -1.5495
Wc L!"# 100 100 100
Wf L!"# 100 150 200
100
250
100 100
300 350
*RA+ICA# #erie )
3!4 56 7f
9emperatura -&
, 2, 2 1, 1 ., . (, ( , (
(,
.
.,
7f 8*+$) 3
#erie 2
4
1
1,
2
&! vs 7f 2 1, 1 ., 9emperatura -& . (, ( , (
(,
.
.,
1
1,
2
7f8*+$)
Wf 100 150 200 250 300 350
arreglo arreglo ( . 9(;09.; 9(<09. =#> 0(#. (#/ 0. (1#( #1 (.#/ (#( (2#1 0(#. (1#2 0#=
?9 vs 7f . (,
9emperatura -c
corrida ( corrida .
( , ( 0,
(,
.
.,
7f 8*+$)
1
1,
2
C()*T+,-A.+, -,'1 1.-
@Aor qu% el perl de temperaturas 4 de la corriente de proceso 8salidas del cambiador de placas)! est" siempre por aba'o del perl 3 8salidas del cambiador de coraa y tubos)B ebido a que el intercambiador de placas recibe el agua de un proceso previo de enfriamiento! esto quiere decir! que la corriente de entrada del intercambiador de placas tendr" una temperatura menor ya que es la corriente de salida del intercambiador de coraa y tubos#
.#0 En relación con el enfriamiento de la corriente de proceso! @Cu% interpretación física tienen las pendientes de los perles de temperaturas 3 y 4B *os perles de temperatura tienen una pendiente negativa esto es que! el decremento en la temperatura de las corrientes 3 D 4 son directamente proporcionales al incremento en el u'o de la corriente fría# Es decir! al aumentar el u'o de agua fría el cambio en la temperatura de las corrientes es mayor 1#0 Aroponga tres nombres para dar signicado a las pendientes de los perles de temperaturas# &apacidad de transferencia de calor! transferencia de calo y capacidad de transferencia de enfriamiento# 2#0 @Aor qu% raón a cualquier incremento de u'o de agua fría! la corriente de proceso se enfría m"s en un cambiador que en otroB ebido a que el "rea de contacto de las corrientes se ve reducida en el cambiador de tubos y coraa! ya que su geometría y diseo permiten una menor "rea de contacto entre ambas corrientes! la fría y la caliente# ,#0
@Cue interpretación física tiene la diferencia de temperatura media logarítmica en el cambiador de coraa y tubos y en el cambiador de placasB El 9F* indica el impulso de transferencia de calor en un sistema de u'o
=#0 @Aorqu%! a pesar de que la 9F* en el cambiador de coraa y tubos es mayor que la 9F* en el cambiador de placas! las pendientes del perl de enfriamiento 3! son menores que las del perl 4B ebido a que est" relación relaciona temperaturas y no considera variables de diseo! como lo son U y 3 >#0 @Cu% u'o de agua de enfriamiento debe utiliarse para enfriar la corriente de procesoB 3rreglo (: 1l+$ &oraa y tubos: 9endría que ser un u'o mayor de los que traba'amos en esta pr"ctica • •
/#0 @&on este resultado se resuelve el problema planteadoB Go! puesto que es necesario tomar en cuenta el siguiente arreglo y el otro intercambiador! para tener un panorama m"s completo y poder dar una respuesta m"s acertada# C()*T+,-A.+, -,' 2 1.-
@Encuentra alguna diferencia signicativa entre las pendientes de los perles de las temperaturas de enfriamiento 3 y del cambiador de coraa y tubosB EHplique porqu%#
6i! ya que se trata de los u'os de los intercambiadores! como si operaran eHclusivamente uno de ellos! y ya que en el de placa $ay una mayor transferencia de calor! la pendiente de este u'o es m"s pronunciada# .#0 @Encuentra alguna diferencia signicativa entre las pendientes de los perles de las temperaturas de enfriamiento 4 y & del cambiador placasB EHplique porqu%# 6í! pero est"s tienen un cambio que pareciera que tienden a alcanar un punto en donde tendr"n el mismo comportamiento! esto es por la eciencia de la transferencia de calor de los equipos! que a cierto u'o crean una diferencia en las temperaturas de salida! pero llega un punto en el u'o de la corriente fría en el que tienen el mismo comportamiento# 1#0 @&u"l es la raón de que los valores de las diferencias de temperaturas 89(0 9.) 5s# 7f del segundo arreglo construido en la gr"ca 1! sea negativoB Esto es porque el intercambiador de placas fue muy eciente! lo que $io que las corrientes de salida invirtieran su magnitud de temperaturas# 2#0 @&ómo afectan los valores negativos de las diferencias de temperaturas 89(0 9.) a la corriente de proceso en el cambiador de coraa y tubos del segundo arregloB *as corriente cambian de papeles! a$ora la corriente caliente se convierte en la corriente fría y la corriente fría en la corriente caliente# ,#0 @Cu% característica es la que distingue a un cambiador de otro de acuerdo a la gr"ca 1B El arreglo . parte de una diferencia de temperaturas negativa $acia uno positivo! esto no es deseable ya que lo que queremos $acer es enfriar la corriente caliente y no calentarla# D en el arreglo uno se parte de una diferencia de temperaturas positiva y así continua en el aumento del u'o# =#0 @&ómo es la magnitud de esta característica cuando se compara la del cambiador de placas contra la del cambiador de coraa y tubosB El cambiador de placas es mayor que el de coraa y tubos >#0 Especique las variables de diseo que denen a esta característica distintiva al comparar los perles de temperatura & y # Jrea de contacto y coeciente global de transferencia de calor /#0 &onsiderando las variables de la característica distintiva entre los cambiadores eHplique qu% contribución tiene el cambiador de coraa y tubos en el arreglo ( y en el arreglo .# 6u contribución es importante en el primer arreglo! sin embargo! en el tercer arreglo la contribución de este equipo resulta desfavorable para el sistema# K#0 @6e necesita eHperimentar por separado los cambiadores de calorB EHplique porqu%# Go! porque en el primer arreglo se obtienen las temperaturas del intercambiador de coraa y tubo como si estuviera operando solo! ya que no $ay equipo que intervenga en su operación# e manera similar ocurre para el intercambiador de placas en el segundo equipo# (#0 &on base en el an"lisis que se $a desarrollado! @Aodría concluir que en cualquier arreglo de cambiadores de calor 8serie o paralelo) obtendría los mismos resultadosB EHplique porqu%# Go! puesto que! en mi conocimiento! no conoco el comportamiento de un equipo operando en paralelo#
L h
((#0 @&u"l es el menor u'o de agua de enfriamiento en
para enfriar de , a ./L& una
L h
corriente de proceso de ( utiliando como medio de enfriamiento agua a temperatura ambienteB *+$ para el segundo arreglo# Conclusiones&
El conocimiento de los arreglos y esquipo que se utiliaran! en un sistema de transferencia de calor! ya sea para calentar o enfriar una corriente! son fundamentales y necesarios para conocer la me'or respuesta! para lograr el ob'etivo deseado que el menor gasto de recursos y evitar la inversión innecesaria en equipo que puede que solo estorbe el resultado de lo que se desea obtener#
