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Practica N° 02: EVALUACION DE INTERCAMBIO DE CALOR
I. INTRODUCCION
En las industrias de proceso, la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se
lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo más común es uno en el cual el fluido
caliente y el frío no entran en contacto directo el uno con el otro, sino que están
separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La transferencia de
calor se efectúa por convección desde el fluido caliente a la pared o la superficie de los
tubos, a través de la pared de tubos o placa por conducción, y luego por convección al
fluido frío.
El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos
que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada
aplicación
Como hemos mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la
transferencia de calor de un fluido a otro fluido. Entre las principales razones por las que
se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:
Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.
Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.
II. OBJETIVOS
III. FUNDAMENTO TEORICO
III.1 Generalidades
La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de
temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes.
Siempre que exista una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la
región de mayor temperatura a la de menor temperatura. De acuerdo con los
conceptos de la Termodinámica, la energía que se transfiere como resultado de una
diferencia de temperatura es el calor (YUNUS A. CENGEL, 2004).
Las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, pero sólo
se aplican a sistemas que están en equilibrio (pueden utilizarse para predecir
la cantidad de energía requerida para modificar un sistema de un estado de
equilibrio a otro), pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que
pueden producirse estos cambios.
La transferencia de calor, complementa los principios termodinámicos,
proporcionando métodos de análisis que permitan predecir esta velocidad de
transferencia térmica.
III.2 Transmisión de Calor Por Conducción
La conducción, es el único mecanismo de transmisión de calor posible en los medios
sólidos opacos, cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura. El calor
se trasmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura, debido al
movimiento cinético o el impacto directo de las moléculas como en el caso de los
fluidos en reposo o por el arrastre de los electrones como sucede en los metales.
La ley básica de la conducción del calor (Joseph Fourier), establece: “La tasa de
transferencia de calor por conducción en una dirección dada es proporcional al área
normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección”
(J, 1974).
Qx=−K∗A ∂T∂ x
Dónde:
Qx= Tasa de flujo de calor a través del área A en la dirección positiva.
k = Conductividad térmica
A = área de sección transversal de la transferencia de calor
∂T∂x
= gradiente de temperatura
Suponiendo que el intercambiador ha llegado a las condiciones de estado estable y
que no existen pérdidas de calor hacia el exterior, se tiene que el calor entregado por
el fluido caliente y recibido por el fluido frío está dado por la siguiente ecuación:
Q=−mc∗Cpc∗∆Tc=mf∗Cpf∗∆Tf
III.3 Variación de la Temperatura
Muestra un intercambiador sencillo monotubo por la parte superior de la coraza entra el
fluido caliente y por el tubo concéntrico entra el fluido frío. La figura 3.5 (b) muestra la
variación de temperatura a través de la pared del tubo y el circuito térmico
correspondiente. El calor fluye por convección a través del fluido caliente, por conducción
a través de la pared del tubo y por convección al fluido frío. Como resultado de este
proceso, la temperatura del fluido frío se eleva a medida que éste gana energía a su paso
por el tubo y el fluido caliente disminuye su temperatura a medida que éste pierde energía
a su paso por el tubo (KREITH FRANK, 2001).
Figura N° 01: (a) Esquema de un intercambiador. (b) Variación de temperatura a
lo largo del intercambiado
III.4 Materiales
Vasos precipitados: Es un recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza
muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar
sustancias y traspasar líquidos.
Termómetro: Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de
un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es
encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de
manera regular con la temperatura.
IV. MATERIALES
IV.1 Materiales
Vaso Precipitado 600 ml.
Vaso Precipitado 100 ml.
Vaso Precipitado 100 ml.
Cocinilla.
Termómetro.
V. PROCEDIMIENTO
V.1Muestras:
Muestra 1: 150 ml de agua caliente.
Se calentó 150 ml de agua hasta que alcance una temperatura de 80 °C.
Luego se vertió el agua fría (temperatura ambiente), en un vaso precipitado
más grande, luego se introdujo un vaso precipitado más pequeño, hasta
que ambos sustancias entren en equilibrio.
Luego de que alcancen un equilibrio se hizo la toma de temperaturas
correspondientes.
Muestra 2: 80 ml de agua fría.
Se calentó 80 ml de agua hasta que alcance una temperatura de 80 °C.
Luego se vertió el agua fría (temperatura ambiente), en un vaso precipitado
más grande, luego se introdujo un vaso precipitado más pequeño, hasta
que ambos sustancias entren en equilibrio.
Luego de que alcancen un equilibrio se hizo la toma de temperaturas
correspondientes.
VI. RESULTADOS
VII. CONCLUSIONES
VIII. RECOMENDACIONES
Para poder obtener datos exactos de la temperatura de ambos fluidos, se debe
agitar constante para que ambos fluidos estén equilibrio
IX. BIBLIOGRAFIA
J, C. A. (1974). Fundamentals de Heat Transfer. america: Macmillan Publishing Company.
KREITH FRANK, B. M. (2001). Principios de Transferencia de Calor. Mexico: Thomson Learning.
LIENHARD JHON H, Heat Transfer . U.S.A. Published Phlogiston
MANRIQUE VALDEZ JOSE ANGEL, Transferencia de Calor. Mexico Oxford Univertity Press
YUNUS A. CENGEL, Y. (2004). Transferencia de calor. Mexico: McGraw Hill.