UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA U.M.R.P.S.F.X.CH. – Facultad de Tecnl!"a
#$%ct&ca '( Inte$ca)*&ad$ de cal$ t +a,&-a ,e$#ent"n
N)*$e, ca$$e$a,(
Rodríguez Delgadillo Delgadillo Jessica Jessica – Ingeniería Industrial Vargas Flores Gustavo Gustavo – Ingenieria Industrial Industrial Zeballos Guevara Deisi Ninet– Ingeniera Industrial Mate$&a( Lab. Oeraciones !nitaria II /$u#( Jueves de ""#$$ – "%#$$ Fec0a de $eal&1ac&2n de la #$%ct&ca# &$ de octubre de &$"' Fec0a de ent$e!a del &n3$)e( &( de octubre de &$"' Dcente( Ing. )*+i,o -duardo rteaga /0llez
1ucre 2 3olivia
4R56/I6 N78 IN/-R6)3IDOR D- 6LOR /I4O V1IJ 9 1-R4-N/:N ".
IN/ROD!66I;N.2
-l interca,biador de calor de serentín< es un e=uio en donde el ,aterial a en>riar >lu?e or el interior de un serentín ,et*lico @un tubo enrrollado ara au,entar la suer>icie de contactoA =ue se suBeta en sus e+tre,os a una vasiBa cilíndrica o rectangular. -l serentín =ueda su,ergido or su arte e+terior en el lí=uido re>rigerante @a calentarA. 1e utiliza con >recuencia en los interca,biadores de calor =ue trabaBan a contracorriente. -ste ,odelo se utiliza cuando se desea e>ectuar la condensaciCn de vaores. @untes de rocesos =uí,icos de la !NID-GEA &.
O3J-/IVO1.2 &.". O3J-/IVO G-N-RL.2 Deter,inar las roiedades de los di>erentes >luidos ,ediante la utilizaciCn del rogra,a o so>tare. &.&. O3J-/IVO1 -14-6:FI6O1.2 "A Deter,inar las te,eraturas de entrada ? salida de a,bos >luBos. &A Deter,inar el coe>iciente de trans>erencia de calor. %A Deter,inar los >luBos ,*sicos de a,bos >luidos. A Deter,inar el calor cedido< calor ganado ? calor erdido. 8A 6o,arar resultados con valores teCricos. 'A 4rooner una ecuaciCn de c*lculo ara ! o en >unciCn a di< do< Hi< Ho ? n,eros adi,ensionalesA. (A 6o,render el >unciona,iento de un interca,biador de calor de tio serentín.
%.
F!ND)-N/O /-;RI6O.2
6o,o se ilustra en la >igura< se resenta un contra>luBo cuando los dos >luidos >lu?en en la ,is,a direcciCn ero en sentido ouesto. 6ada uno de los >luidos entra al interca,biador or di>erentes e+tre,os 9a =ue el >luido con ,enor te,eratura sale en contra>luBo del interca,biador de calor en el e+tre,o donde entra el >luido con ,a?or te,eratura< la te,eratura del >luido ,*s >río se aro+i,ar* a la te,eratura del >luido de entrada. -ste tio de interca,biador resulta ser ,*s e>iciente. -n contraste con el interca,biador de calor de >luBo aralelo< el interca,biador de contra>luBo uede resentar la te,eratura ,*s alta en el >luido >río ? la ,*s baBa te,eratura en el >luido caliente una vez realizada la trans>erencia de calor en el interca,biador.
@IN/-R6)3IDOR-1 D- 6LOR O. . Jara,illo 6entro de InvestigaciCn en -nergía. !niversidad Nacional utCno,a de )0+ico Nove,ber &$< &$$(EA
/endría,os % di>erentes calores#
Q cedido =W c∗Cpc∗(T 1−T 2)c 2 1 Q ganado =W f ∗Cpf ∗(T −T )f Q perdido=U o∗ A o∗TLM
Donde# i >luBo ,*sico del >luido i 6i 6alor esecí>ico del >luido i !o 6oe>iciente global de trans>erencia o 5rea e+terior del tubo interior /L) )edia logarít,ica 6alcula,os el calor cedido ? ganado ? or la relaciCn# KcKgM= De donde# K=c2=g 6on esta relaciCn calcula,os = < con este valor ode,os calcular el valor de ! o de acuerdo a la siguiente ecuaciCn# U o =
Q perdido A o∗TLM
/eniendo el valor de ! o co,ara,os con el valor teCrico @valor obtenido or el so>tareA. 4ara calcular el valor de !o en >unciCn a los di*,etros< coe>icientes de convecciCn interno ? e+terno ? los n,eros adi,ensionales rocede,os de la siguiente ,anera# 6alcula,os la ,edia logarít,ica ,ediante la siguiente ecuaciCn#
∆TLM =
( t −T ) −(t −T ) ( t −T ) 1
2
ln
2
1
1
2
( t −T ) 2
1
6alcula,os el *rea e+terior del tubo tio serentín# A o =π ∗d o∗ L 6alcula,os el coe>iciente global de trans>erencia# U o =
1
do d ∗ln ( d o / d i) 1 + o + d i∗h i ho 2∗k tub .
De donde# 1
0.14
k μ 0.8 hi= ∗0.027∗ℜ c ∗ Pr c3∗( ) di μ o 1
0.14
k μ 0.8 ho = ∗0.027∗ℜf ∗ Pr 3f ∗( ) do μo μ
su,i,os =ue μ es aro+i,ada,ente igual a "< or=ue se trata del ,is,o o >luido. 6alcula,os el n,ero de Re?nolds ara cada >luido# ℜc =
ℜf =
ρc∗ c∗di μc ρ f ∗ f ∗d e! μ f
Donde# 4∗" f d e! = P # ∗d o∗ L Lee,os todas las roiedades de los >luidos de tablas< a una te,eratura ro,edio# T pro$ %ca& =
t 1+ t 2 2
T pro$ %fr'o =
T 1+ T 2 2
Los sub índices c< >< i< o< corresonden al >luido caliente< >río< tubería interna ? e+terna resectiva,ente. .
D-16RI46I;N D-L -4-RI)-N/O.2
.". )/-RIL.2
-=uio de tubo tio serentín Inter>ace de interca,biador Regulador de resiCn 1ensores de te,eratura /an=ue de agua 3o,ba
.&. 4RO6-DI)I-N/O -4-RI)-N/L.2 -ncende,os la inter>ace< abri,os las llaves corresondientes< encende,os la bo,ba ? esera,os a =ue el agua del tan=ue llegue a 8$76 ara e,ezar a to,ar los datos. 1e ,anda or el tubo serentín el >luido caliente ? or el e+terior en el tan=ue el >luido >río. -l tie,o en =ue grabar* los datos el so>tare ser*n '$ segundos. 1/ /e,eratura de entrada del >luido caliente. 1/8 /e,eratura de salida del >luido caliente. 1/" /e,eratura de entrada del >luido >río. 1/% /e,eratura de salida del >luido >río. 16" >luBo ,*sico del >luido caliente. 16& >luBo ,*sico del >luido >río. 1/"' /e,eratura del agua del tan=ue. KH 6alor cedido. Kl 6alor erdido. Kc 6alor ganado.
8.
65L6!LO1.2
/abla de datos obtenidos# st-1(ºC)
st-2(ºC)
st-3(ºC)
st-4(ºC) 39,4
st-5(ºC) 39,4
st-1(l/m) 1,6
st-2(l/m) 3,4
st-16(ºC) 45
23,9
23,1
20,8
25,8
24
20,9
44,3
44,3
1,6
3,8
50
26
24,3
21,1
48,1
48,1
1,6
2,5
55
24,8
24,1
21,2
21,2
50,7
1,7
3,2
60
cr
NTU
2,13754
0,228491
2,52
0,193
1,57797
0,309
1,9
0,272
/e,eratura del deCsito @6A 8 8$ %P< <% t"@6A %&
@lt,inA "%<%&& "'<"Q(( /L) @SA & !o@, TSA "$"(<(( "$$&
88 Q<" %Q
'$ 8$<( %P<' &"<& &<" "<( %<& &"<%PQ" ""%'<'Q Q&<$Q( "&8P
De tablas lee,os roiedades a una te,eratura ro,edio# FluBo 6aliente /e,eratur Densida /ro,edi 6 U a del d o @6A @JUg.SA @,.SA tan=ue @Ug,%A 8 %&
Viscosidad @Ug,.sA $<$$$(%8P
4r
$<$$$'QQ8
<8P
%$$<$$$'"$ $<$$$8P%'
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$<$$$"$$P( ( $<'$$"' $<$$$P(8%'
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PP(<8
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Datos adicionales# Do @,A $<& lb@,A $<"QQ
Di @,A $<"Q l @,A $<"Q
do @,A di @,A $<$$'%8 $<$$%8 @rev,inA 8$$
L @,A "<(
H @,A $<%
@,A $<"'&8
de= $<&Q''""8P
6alcula,os el caudal< >luBo ,*sico< velocidad ? el n,ero de Re?nolds# FluBo 6aliente
/e,eratura K @,%sA del tan=ue &<''''(-2$8 8 8$ '<%%%%%-2$8 $<$$$%"8P%& 88 '$
$<$"QP''(
$<$&'8% $<$'&P$ $<%"%&'
6 5rea @,&A @JUg.SA "(Q<($ "Q$<$8 $<$$$$" "Q$<$8
"Q<(88&&
"Q$<$8
@UgsA
velocidad Re @,sA "<(P%&"Q PQ%$<8"Q <&'"8"% ""&8Q<%''' &"<&8Q""88 &"$QQ
FluBo Frío
88
$<$8'8%P( % $<&&"(%$ $<$$$&&&%( & "'
"Q$<&Q
"<&%'($"8&
%'''88
'$
$<$""Q'$PQ% ""
"<&8$88Q$"&
%P&8<8$ P
8<''''(-2$8
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"Q"<8& "Q$<&Q
"<&8QP&P"
%8Q8((<& Q
"<&8$88Q$"&
%'''88
$<$'8"(Q
6alcula,os los calores ? obtene,os ! o. /e,eratura del tan=ue 8 8$ 88 '$
Kc @A
Kg @A
K @A
(&$<%8Q 8%<((" "('<'' & %"Q"<&%"& "PP%"<8&( 2"'(8$<%$ & %$""<((P8 "&(%""<%% 2"&&PP<'Q8 "'Q888"<( "P8<& "'Q888"<(Q Q
!o @,&.SA %P$<%&' 2Q8<&QQQ88 28"8$<&"(& ($8Q
Uo (W/m2.K) 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 -10000
Uo (W/m2.K)
Uo (W/m2.K) 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1.24 -10000
'.
1.24
1.24
1.24
1.24
1.25
1.25
1.25
1.25
6ON6L!1ION-1.2
Rodríguez Delgadillo Jessica Desu0s de realizar la r*ctica< co,o era de eserarse< la convecciCn natural es ,enor =ue la convecciCn >orzada< esto indica =ue la trans>erencia de calor en la convecciCn natural es ,enor ? ,*s lenta. -n la convecciCn >orzada< los resultados se deben a la resencia de la velocidad angular< con la =ue calcula,os el n,ero de Re?nolds =ue da lugar al c*lculo del coe>iciente de trans>erencia de calor HEW esta velocidad angular se roduce or el ,ovi,iento del agitador ,agn0tico =ue se colocC en el e+eri,ento ara generar el ,ovi,iento >orzado. -l uso de este agitador resenta ventaBa co,o =ue es un ele,ento econC,ico ? >*cil de li,iar ara la utilizaciCn en co,araciCn de otros ,ecanis,os con engranes =ue uedan necesitar lubricantes ara su ,ovi,iento< ? la desventaBa es =ue este no uede ser alicado ,*s =ue en e+eri,entos a e=ueXa escala< or su ta,aXo.
Vargas Flores Gustavo Realizada la r*ctica calcula,os los calores< con los resultados obtenidos ode,os observar =ue cuando agita,os el agua es decir >orza,os la convecciCn< la trans>erencia de calor es ,a?or ? ,*s r*ida< ta,bi0n al calcular el coe>iciente de convecciCn ode,os ver =ue el coe>iciente es ,a?or ara la convecciCn >orzada< ues no solo in>lu?e la te,eratura si no ta,bi0n la velocidad angular< ues con ella calcula,os el n,ero de Re?nolds =ue es un >actor adicional ara calcular el coe>iciente de convecciCn< en convecciCn natural el coe>iciente de convecciCn deende de la naturaleza del ,aterial en este caso agua ? de la te,eratura de este< en ca,bio< en convecciCn >orzada deende de otros n,eros adi,ensionales adicionales =ue in>lu?en en el coe>iciente de convecciCn or lo =ue es ,a?or ? or tanto la trans>erencia de calor ta,bi0n< debido a esto ? a =ue las te,eraturas
ta,bi0n son ,a?ores< en convecciCn >orzada al in>luir la velocidad el coe>iciente es ,a?or.
Zeballos Guevara Deisi Realizado la r*ctica< se obtuvo el coe>iciente de elícula o coe>iciente de trans>erencia de calor or conducciCn con la a?uda de n,eros adi,ensionales en este caso el n,ero de Nusselts< 4rants ? Re?nolds< siendo ,a?or el coe>iciente or convecciCn >orzada =ue natural< con esto se Hace el c*lculo de la trans>erencia de calor or convecciCn >orzada ? natural< con los resultados obtenidos se uede ver clara,ente =ue la trans>erencia de calor au,enta ,*s r*ido cuando se alica una >uerza e+terna al >luido< en la r*ctica se usC un agitador ,agn0tico HecHizo @or=ue lo =ue no se consiguiC un ,ovi,iento signi>icativoA< =ue cuando se deBa calentar natural,ente el ,is,o.
3I3LIOGRFI 9unus . 6engel trans>erenciadecalorcengel%ed @&$$'A. Libro ara universitarios# trans>erencia de calor cengel @traducciCnA .tercera ediciCn @traducciCnA..Q'%
dP"c>"dQP&>(aa$PdQ&a%%(&'d",iYblogr /rans>erenciaYdeY6alorY?Y)asaY2Y9unusY6engelY2Y/erceraY-dicion.d>2 eduardo carreonW & de octubre de &$"'. Donald K. Sern @&$$'A. Libro ara universitarios# trans>erencia de calor ? ,asa @traducciCnA .ri,era ediciCn @traducciCnA..8(%<8Q$< 8Q&