Instituto Tecnológico de Cuidad Madero Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica
Laboratorio Integral III Práctica 1. Intercambiadores de doble tubo Maestro: Ing. Delia Berenice Castro Pérez Equipo: Nombre
No. De Control
Aguilar Vázquez Mayra Lucero
08071204
Barreiro Chávez Alan Eduardo
08071139
Cruz Solís Michell Iván
08071145
Espinoza Euresti Alicia
08071157
Hernández García Jesús Alberto
08071170
Morales Melgoza Jorge
08071266
06/Septiembre/2011
Laboratorio integral III
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Práctica 1. Intercambiadores de doble tubo
Índice Objetivo ...................................................................................................................3 Teoría y Desarrollo Matemático ..............................................................................3 Material y Equipo .....................................................................................................5 Procedimiento .........................................................................................................6 Datos Experimentales .............................................................................................7 Resultados y Gráficas .............................................................................................8 Discusión de Resultados .........................................................................................8 Comentarios ............................................................................................................8 Bibliografía ..............................................................................................................9 Apéndice ...............................................................................................................10 Distribución de actividades ....................................................................................12
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Práctica 1. Intercambiadores de doble tubo
Objetivo: Determinación experimental del coeficiente global medio de transmisión de calor (U) en un cambiador de calor de tubos concéntricos.
Teoría y Desarrollo Matemático: Intercambiadores de doble tubo Anteriormente se han mostrado aparatos de tubos concéntricos para las derivaciones relacionadas con la transferencia de calor. La imagen industrial de este aparato es el intercambiador de doble tubo, que se muestra en la Fig. 1. Las partes principales son dos juegos de tubos concéntricos, dos T conectoras, un cabezal de retorno y un codo en U. La tubería interior se soporta en la exterior mediante estoperos y el fluido entra al tubo interior a través de una conexión roscada localizada en la parte externa del intercambiador. Las tres tienen boquillas o conexiones roscadas que permiten la entrada y salida del fluido del anulo que cruza de una sección a otra a través del cabezal de retorno. La tubería interior se conecta mediante una conexión en U que está generalmente expuesta y que no proporciona superficie de transferencia de calor. Cuando se arregla en dos pasos, como en la Fig. 1, la unidad se llama
horquilla.
El intercambiador de doble tubo es extremadamente útil, ya que se puede ensamblar en cualquier taller de plomería a partir de partes estándar, proporcionando superficies de transferencia de calor a bajo costo.
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Práctica 1. Intercambiadores de doble tubo
Figura 1. Esquema de un Intercambiador de calor de doble tubo.
Los intercambiadores de doble tubo generalmente se ensamblan en longitudes efectivas de 12, 15 o 20 pies, la longitud efectiva es la distancia en cada rama sobre la que ocurre transferencia de calor y excluye la prolongación del tubo interior después de la sección de intercambio. Cuando las horquillas se emplean en longitudes mayores de 20 pies correspondientes a 40 pies lineales efectivas o más de doble tubo, el tubo interior se vence tocando el tubo exterior, por lo que hay una mala distribución del fluido en el ánulo. La principal desventaja en el uso de los intercambiadores de doble tubo es la pequeña superficie de transferencia de calor contenida en una horquilla simple. Cuando se usa con equipo de destilación en un proceso industrial, se requiere gran número de ellos. Esto requiere considerable espacio, y cada intercambiador de doble tubo introduce no menos de 14 puntos en donde pueden ocurrir fugas. El tiempo y gastos requeridos para desmantelarlos y hacerles limpieza periódica son prohibitivos comparados con otros tipos de equipo. Sin embargo, los intercambiadores de doble tubo encuentran su mayor uso en donde la superficie total de transferencia requerida es pequeña, 100 a 200 ft 2ó menos.
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Para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor en estos dispositivos se utiliza una combinación de las ecuaciones:
Posteriormente se despeja el coeficiente h para tener:
̂ ) [ ( ] Material y Equipo: El equipo de intercambio de calor empleado en esta práctica es un cambiador de placas que consta de los siguientes elementos: Depósito de agua (en el interior del equipo) Sondas de temperatura Válvula de llenado/vaciado Resistencias de calentamiento Entrada de agua fría Salidas de agua fría Intercambiador Bombas de alimentación Válvulas de regulación de caudal Medidores de caudal Válvulas de selección de flujos paralelos o flujos en contracorriente Laboratorio Integral III
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Interruptor general Controlador de temperatura del depósito de agua caliente Medidores de temperatura en diversos puntos Cuadro de mando y protecciones eléctricas Visor de nivel del depósito de agua caliente Llenado del depósito de agua caliente
Fig. 2. Intercambiador de calor de doble tubo simple utilizado para la práctica.
Procedimiento: 1. Se inicia la computadora que regula la operación. 2. Se abren válvulas y encienden bombas. (En la Fig. 3 puede observarse la sección de encendido de la bomba del equipo).
3. Regulación de flujos para las corrientes de agua. 4. Toma de lecturas de temperaturas en diversos puntos de la tubería. (En la Fig. 4 se observa el panel de control y toma de lecturas del aparato).
5. Cerrado de válvulas y bombas y posterior apagado general del equipo.
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Fig. 3. Panel de encendido de
Fig. 4. Panel de toma de lectura de
la bomba
temperaturas y regulación de flujo
Datos Experimentales: Agua Caliente
Agua Fría
Flujo (lts/min)
2.45
4.04
Temperatura de entrada (°C)
32.22
21.13
Temperatura de salida (°C)
29.77
21.67
Temperatura media (°C)
21.55
32.99
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Resultados: Coeficiente de transferencia de calor Coeficiente de transferencia de calor para la corriente de agua fría (hc) para la corriente de agua caliente (hh)
Discusión de Resultados La magnitud numérica del coeficiente de transferencia de calor es mayor para la corriente caliente debido a que, tanto el flujo volumétrico, como el gradiente de temperatura, son mayores para la corriente fría que para la caliente.
Comentarios: En esta práctica pudimos apreciar las diferencias de temperaturas de dos flujos de agua, debidas a una transferencia de calor para un equipo de doble tubo con un flujo a contracorriente. Como sabemos los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten la transferencia de calor entre dos corrientes sin que estas se mezclen entre sí. Es por eso que uno de los factores principales de utilizar un intercambiador de calor seria para:
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Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura. Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura. De una manera muy rápida y sencilla, obtuvimos las temperaturas con solo regular los flujos de entrada del agua fría y caliente, para poder realizar los cálculos y ver de qué manera afecta el flujo en la transferencia. La práctica requiere tener mucha precisión con la medición de temperaturas y corroborar que las temperaturas que se proyectan en la computadora y las del equipo sean iguales o muy parecidas, ya que una mala lectura alteraría el resultado, y el cálculo del coeficiente de transferencia sería equivocado. No obstante debe considerarse que la lectura de datos en el equipo está sujeta a errores de calibración.
Bibliografía: Manual del Ingeniero Químico. PERRY Robert H., GREEN Don W. Mc. Graw Hill. Séptima Edición. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Mc Cabe, Smith, Harriot. Séptima Edición. McGraw Hill
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Apéndice: Se tiene que para una corriente:
Igualando ambas expresiones:
Despejando h:
̂ ̂ ) [ ] (
Considerando (de acuerdo al promedio de las temperaturas utilizadas):
̂
Calculando los flujos másicos de la corriente de agua fría (c) y caliente (h):
( ) ( ) ( ) ( ) Determinando h con respecto a la corriente fría:
) [ ( ]
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Determinando h con respecto a la corriente caliente:
) [ ( ]
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Distribución de actividades: Sección del reporte
Responsable
Presentación e Índice, Objetivo, Teoría y Desarrollo Matemático
Alicia Espinoza Euresti
Material y Equipo, Procedimiento
Datos Experimentales, Resultados
Alan Eduardo Barreiro Chávez
Jorge Morales Melgoza
Discusión de Resultados
Jesús Alberto Hernández García
Comentarios, Bibliografía
Mayra Lucero Aguilar Vázquez
Apéndice Fotografías
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Diana Lucía Campa Guevara Michell Iván Cruz Solís
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