Lou Practica 8

PRACTICA 8: INTERCAMBIADORES DE CALOR

1. Introducción Introducción:: Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite la transferencia de calor de un fluido más caliente a otro menos caliente. La transmisión de calor en estos aparatos es básicamente por conducción y por convección. Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Están constituidos por dos tubos concéntricos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.

2. Objetiv Objetivos: os: • • • •

Encontrar el valor de los coeficientes individuales de transmisión de calor. Evaluar el coeficiente total de transmisión de calor “U”. Calcular el coeficiente total de transmisión de calor “d”. !raficar "i y "o vs velocidad lineal #u$ del a%ua y encontrar las constantes a y b de la relación Hx= a b

•

&eterminar la eficiencia de la calefacción eléctrica.

•

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS


3. Fundamento Teórico: TUBOS CONCÉNTRICOS O DOBLE TUBO ' continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concéntricos o doble tubo(

Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Estan constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. )ay dos posibles confi%uraciones en cuanto a la dirección de los fluidos( a contracorriente y en paralelo. ' contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos* en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. ' continuación se pueden ver dos imá%enes con las dos posibles confi%uraciones de los fluidos dentro de los tubos.



Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo pueden ser lisos o aleteados. +e utili,an tubos aleteados cuando el coeficiente de transferencia de calor de uno de los fluidos es muc"o menor que el otro. Como resultado el área exterior se amplia- siendo ésta más %rande que el área interior. El tubo con aletas transversales representado a continuación- se utili,a cuando la dirección del fluido es perpendicular al tubo.

En cambio- cuando la dirección del fluo de los fluidos es paralela al ee de los tubos- el tubo es con aletas lon%itudinales(

Una aplicación de un intercambiador de doble tubo es el que se utili,a para enfriar o calentar una solución de un tanque encamisado y con serpent/n.



Cálculo general intercambiadores de doble tubo 0odos los intercambiadores de calor de doble tubo si%uen la misma metodolo%/a de cálculosiendo diferente la confi%uración del fluo. +e plantean las ecuaciones de balance térmico para cada fluido( q 1 23 4 Cp3 4 #03i 5036$ q 1 27 4 Cp7 4 #076 5 07i$ 8 +i al%uno de los fluidos tiene un cambio de fase( q 1 24 9)cambio de fase &onde #con unidades del +istema :nternacional #+:$$( q 1 calor que se transmite de un fluido a otro #;
!"



#"

$"

&espués se plantea la ecuaci%n general de &aso de calor( q 1 U64'6490lo% #si va referenciada a la parte externa del tubo de dentro$ q 1 Ui4'i490lo% #si va referenciada a la parte interna del tubo de dentro$

'" ("



El coeficiente %lobal de transmisión de la calor referido al área externa del tubo interior- Uotiene la expresión(

Uo=

1

Ao Ao Ao Ao 1 . ln + Ro + + . Ri + Aihi Ai K 2 π L Ai ho

↓↓↓↓↓

)" Convección interna

esistencia interna

Conducción a través del %rosor de la pared

esistencia externa

Convección externa

> el coeficiente referido al área interna(

Ui=

1

Ai Ai Ai Ai 1 + . Ro + . ln + Ri + Aoho Ao K 2 π L Ao hi

↓↓↓↓↓

*" Convección externa

esistencia externa

Conducción a través del %rosor de la pared

esistencia interna


Convección interna


i y o son las resistencias debidas a las incrustaciones que se producen en el interior y el exterior del tubo interior- que dificultan la transmisión de la calor(

Ro= Ri =

Grosor de laresistencia ( x ) '

Conductividad termica de la resistencia ( K )

+" 90lo% es(

∆Tlo =

( di!erencia Tem"eratura extremo 1 )−( di!erenciatem"eratura extremo 2 ) ( di!erenciatem"eratura extremo 1) ln ( di!erencia Tem"eratura extremo 2 )

!,"

En el si%uiente %ráfico se puede ver cuáles son los dos extremos #3 y 7$ de temperaturas de la ecuación anterior(



&onde( 'o( ?rea externa del tubo interior #m7$ 'i( ?rea interna del tubo interior #m7$ "i( Coeficiente de convección interior- del fluido 3 #2


hi=

( )

K $ (0.027 )(ℜ)0.8 ( #r )1/3 di $ "

4. Materiales y Eui!os: a. 3 :ntercambiador en contracorriente de tipo tubo doble de Cobre tipo L de A” y B”dispuestos en forma de U con una lon%itud de 36.

b. 3 Calentador de a%ua con calefacción eléctrica triple



c. 7 otámetros  D F 5 7G 5 7

d. 3 Homba de a%ua F( A )I D monofásico 5 centrifu%a e. J 0ermómetros



f. 3 0ermómetro escala (KC %. 3 olt/metro y 'mper/metro

". #rocedimiento e$!erimental: G.3.

Llenar el tanque de calentamiento "asta un nivel mayor de la posición de la calefacción

eléctrica. G.7. Conectar los interruptores de la calefacción #aproximadamente 3 "ora antes de la eecución de la práctica$. G.M. Las válvulas 7- G- N y  tienen que estar cerradas- las demás abiertas. G.J. 'rrancar la bomba- dar paso a los dos fluos mediante la válvula 7 y N. G.G. Establecer las condiciones indicadas en las tablas de datos medidos. G.N. +abiendo que las temperaturas no se establecen inmediatamente "ay que esperar desde la variación de válvula "asta la medición unos minutos. G.O. +e toma los datos experimentales de J temperaturas y dos caudales cumpliendo con las mediciones pedidas. G.. Con olt i5 'mper/metro se establecen el voltae y el amperae de la calefacción eléctrica. G.P. Qinali,ada la experiencia- cortar el interruptor de la calefacción.

6. %atos

e$!erimentales:

-luido Caliente.

L

0entrada#K

0salida#KC

=#2
C$

$

$


R#mSM
&i#m$


J3

6.NMO

J.ME56G

6.637O

J6

J

O6

JP

J7.G

6.NMGPN

.M6E56G

6.637O

336

J

J3.G

6.NMJ

3.3PE56J

6.637O

3G6

JN

J3

6.NMO3

3.JNE56J

6.637O

3P6

JG

Lm"

J6

/m0#"

M.6J M.6J M.6J M.6J M.6J

6.373N366OP 6.373N366OP 6.373N366OP 6.373N366OP 6.373N366OP

Nr .7G7PJ6N 3M.PG3O737 76.ONJN7N7 7G.M6GG3OMN M6.JMONP7P

6.NMGM

3.7E56J

6.637O

1m2s"

Densidad

1dinamica3g2m4s

6.666MPO3O3 6.666N7G6P 6.666POGMO 6.663766GG 6.663JPNGN

3g2m0$" PP.77 PP.J PP PP.G3 PP6

" 6.666N6JN 6.666N3JOJ 6.666GP3P 6.666GPN7 6.666N37

5r M.P J.6NJO M.O M.P3O J.6OP

6o72m0#8C" 36.GGG3JP 3N.N73MPOP 77.G73OOG 7N.J3O3337N M3.6MG3JP3

Ro8C27" 6.OGOJPGJ63 6.JPJO7MP 6.MNG66PNNP 6.M337OGN3O 6.7NJPGOO7

-luido -rio. LR J6 O6 336

Tentrada8C" 7P 7P 7O

Tsalida8C" MJ MN MN


972m8C" 6.N7N 6.N7O6G 6.N7N

:m0$2s" M.6E56G O.J6E56G 3.36E56J

De;m" N.MGE56M N.MGE56M N.MGE56M


3G6 3P6

7 7O

Lm"

MG MG

/m0#"

M.6J M.6J M.6J M.6J M.6J

6.6N66G6J 6.6N66G6J 6.6N66G6J 6.6N66G6J 6.6N66G6J

Nr G.N3OPNPMMJ 33.37JJ36PG 3N.JOPJ6O7 3P.GMJ6OM 7G.M6JNO7MO

1m2s" 6.666N7JPJ 6.66373O66J 6.6636P6N3 6.6677GM36M 6.667JG3GP

5r J.O63 J.N33 J.N7P J.6P J.OGOG

6.N7JJ 6.N7N

3.MOE56J 3.OME56J

Densidad 3g2m0$"

1dinamica3g2m4s

PP7.PG PP7.OG PP7.G PPM.7G PPM.7G

" 6.666O63J 6.666NPNG 6.666NP73 6.666O3GN 6.666O6P3G

6i72m0#8C" 3J.MJPP6JG 7J.NJ6G373 MM.OGM6P7M MP.GO3P73O J.66NOPJ

Ri8C27" 3.3JN6O6O6P 6.NNN7N6MOG 6.JNOOPOOG 6.J3GGPO76N 6.MJ7GONNGN

CUR1/S DE C/LIBR/CI
R#mSM

QLU:&T C'L:E0E L G6 3O6

R#mSM
N.MGE56M N.MGE56M


1.60E-04 f(x)  0x - 0 R!  1

1.40E-04 1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05

L"#$%& ()

6.00E-05 4.00E-05 2.00E-05 0.00E+00 40

60

80

100

120

140

160

180

1.80E-04 1.60E-04 f(x)  0x + 0 R!  1

1.40E-04 1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05

L"#$%& ()

6.00E-05 4.00E-05 2.00E-05 0.00E+00 40

60

80


100

120

140

160

180


v vs &o '5 '0

f(x)  1845.26x + '.2 R!  1

25 20

&o'*(m2+,) 15 10 5 0 0

0

0

0

0

0

0

0

v'm(s)

v vs &i 60 50 40

f(x)  150'8.1'x + 5. R!  1

&i'*(m2+,) '0 20 10 0 0

0

0

0

0

0

v'm(s)

-. %iscusión y ,onclusiones: 5 +e verifico que el coeficiente convectivo depende de la velocidad del fluo alimentado "acia el intercambiador de calor. 5 +e obtuvo coeficientes totales de transferencia de calor pequeVos debido a que el fluo alimentado al intercambiador de calor son pequeVos.



. /iblio0raa: -

*,:$,$/.,.$3"#$&%#"%&$%&%$%7#$#&".*

-

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Lou Practica 8

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