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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA
ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DEINGENIERIA INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
PRACTICA Nº 05 Y 06
“INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO Y CUATRO PASOS”
ALUMNOS : ARANGO QUISPE,JYMY ENCISO MARTINEZ,TANIA LIZBETH PRADO CONDORI,ANIBAL TINEO CANALES,TAIT MELIA
CURSO : OPERACIONES UNITARIAS II ( IQ-421)
PROFESOR DE TEORIA : Ing. HUGO,ORIUNDO
AYACUCHO – PERÚ
2011
INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO Y CUATRO PASOS
I._OBJETIVOS.
Calcular la capacidad de transferencia de calor del intercambiador de calor de
doble tubo y cuatro pasos.
Determinar el coeficiente global de transferencia de calor referido a la superficie
externa Uo.
Evaluar los coeficientes individuales de transferencia de calor; agua caliente /
tubo, tubo / agua fría.
II._ FUNDAMENTO TEORICO.
INTERCAMBIADOR DE CALOR
La palabra intercambiador de calor se aplica a todo tipo de equipos en los que, entre dos medios que se encuentra a temperatura diferente, se transporta calor del caliente al frío porque se desea enfriar el caliente, calentar el frío o ambas cosas a la vez si el objetivo es recuperar calor. Estos medios, fluidos o sólidos, si se desplazan pueden circular en la misma dirección, corrientes paralelas, en dirección opuesta, contracorriente, o en corriente cruzadas. Si no se desplaza uno de ellos, o los dos, el cambiador de calor opera en régimen transitorio, en forma semi continúa o discontinúa.
CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
La clasificación se realiza fundamentalmente en base a dos conceptos:
1. Su función.
2. por su forma constructiva.
1. CLASIFICACIÓN EN BASE A LA FUNCIÓN QUE SE REALIZA
Tenemos los siguientes:
a. Refrigerantes.- Su misión es enfriar un fluido, se realiza normalmente mediante
agua o aire que se calienta a una temperatura máxima fijada.
b. Condensadores.- Equipos en los que el fluido caliente entra parcialmente o total en
fase de vapor y sale en fase líquida. El enfriamiento se realiza generalmente
calentado otro fluido de proceso, si la temperatura es baja, por lo común se emplea
como medio de refrigeración o también puede ser el aire.
c. Hervidores.- Son equipos en los que el fluido frío son calentados hasta producir
cambio de fase, pasando de la fase líquida a vapor. El calentarniento del fluido frió
normalmente se realiza con vapor de agua.
d. Intercambiadores en general.- Son dispositivos cuya función es intercambiar calor de un fluido a otro, sin que produzca cambio de fase entre ellos.
2. CLASIFICACIÓN EN BASE ÉL SU FORMA CONSTRUCTIVA
Bajo este criterio, se incluyen generalmente los siguientes tipos
fundamentales:
a. Intercambiadores de doble tubo.- Están construidas por dos tubos coaxiales
de forma que por dentro del tubo interior circula un fluido y por fuera de éste el
otro. En el caso) de que sustituya el tubo interior por más de uno, se obtiene el
tipo llamado multitubular estos son muy utilizados para satisfacer servicios en
que requiere pequeños intercambios de calor.
b. Serpentín.-Consiste en el liquido contenido en un tanque o recipiente, y cuya
misión es la de mantener a una determinada temperatura a este liquido,
pudiendo actuar como un elemento calefactor o refrigerador. Los fluidos de
calentamiento o refrigeración normalmente utilizados son: vapor de agua, agua
o aceite caliente y agua de refrigeración.
c. Intercambiadores de placas.- Consiste en un conjunto de láminas metálicas
con poca separación entre, ellas trabajando de una forma tal que un fluido
circula entre las separaciones pares y el otro por los impares.
d. Intercambiadores de carcasa y tubos.- Las unidades conocidas con este
nombre son los mas ampliamente usados en al industria química y similares, y
consiste esencialmente de un haz de tubos de sección circular montadas dentro
de una carcasa cilíndrica en forma paralela. Los extremos de los tubos están
adosadas a una placa de tubos que separa los fluidos que intercambian calor. En
la carcasa se incluyen pantallas con el objeto de direccional el fluido y para
soportar los tubos. El conducto de tubos y pantallas mediante tirantes y
espaciadores.
INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO
Viene hacer el intercambiador más simple y consiste de dos tubos concéntricos, dos tes
conectores, un cabezal de retorno y un codo en U. Un fluido circula en el tubo interior y
otro en el espacio anular entre ambas superficies. El fluido puede circular en paralelo o
en contracorriente. El intercambiador puede fabricarse con un simple par de tubos
adaptando las conexiones en los extremos o con varios pares interconectados en series.
Cuando se arregla en dos pasos, tal como se muestra en fa figura 6.2, la unidad se llama
horquilla. Este tipo de intercambiador es útil principalmente para velocidades bajas de
flujos con requerimientos de superficies pequeños de 9 m2. (100 Ft2).
Los intercambiadores de doble tubo generalmente se ensamblan en longitudes efectivas
de 3,5, 4,5 Y 6 metros, siendo la longitud efectiva la distancia en cada rama donde se
lleva a cabo la transmisión de calor.
III.- MATERIALES
Intercambiador de calor.
Termocuplas.
Termómetro.
Cronometro digital.
Probetas.
VI.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
t2 salida del fluido frió
T1 Temperatura fluido
Caliente
L = 4L T2 Salida de fluido
Caliente
t1 Entrada del fluido frió
t1 = Entrada del fluido frió.
t2 = Salida del fluido frió.
T1 = Temperatura fluido caliente.
T2 = Salida de fluido caliente.
Caudal frió = Caudal caliente.
ECUACIONES
………………………………………….. (1)
……………………………………………………………(2)
GRAFICAR EL PERFIL DE TEMPERATURA
T1
t2
T2
t1
HALLANDO LA MEDIA LOGARITMICA
……………………………………………………………(3)
HALLANDO AREA
do L
HALLANDO Uo COEFICIENTE GLOBAL DE TRASNFERENCIA DE CALOR
Donde:
hio = coeficiente individual de transferencia de calor respecto a lado exterior del tubo
externo watt/m2.
hi = coeficiente individual de transferencia de calor respecto al lado interno del tubo
interno.
ho= coeficiente individual de transferencia de calor para el lado del anulo.
Lado del anulo
di = diámetro interno del tubo interno.
do = diámetro externo del tubo interno
Di = diámetro interno del tubo externo.
Do = diámetro externo del tubo externo.
de = diámetro equivalente.
hio = hi ………………………………………………………………(4)
hi = …………………………………………………………...(5)
HALLANDO FLUJO MASICO
Q f c x c………………………………………………………………..(6)
c =
=
HALLANDO AREA INTERNA
di LT
Ti =
De tablas
Kacero inoxidable 55-308 = de tablas
NUMERO DE NUSSELT.
Nu = 0.23 (Re)0.8 (Pt)1/3
= 0.23
V = velocidad.
= 0.23
de = = de=
=
HALLANDO AREA
Ae =
V =
=
=
V.- RESULTADOS.
HALLANDO Q
Q = Uo A TL
CUADRO DE DATOS OBTENIDO DEL LABORATORIO
DATOS
di = 13 mm.
do = 16 mm.
Di = 23 mm.
Do = 25 mm.
L = 1.30 metros
L T = 4 (1.30) = 5.20 metros.
Temperatura de entrada y salida agua caliente
Tec=36.83
Tsc=31.23
Temperatura de entrada y salida agua fria
Tef=24.83
Tsf=29.
Qfrio196 ml/seg
Qcalien120.75 ml/seg
Qfrio90.15ml/seg
Qcalien54.48 ml/seg
Qfrio89 ml/seg
Qcalien67 ml/seg
Tºentra 22.6 36.4 24 36.6 27.9 37.5
Tºsalid 28.4 30 29.2 31.4 31.2 32.3
Promedio de los
caudales
TOMANDO LECTURAS
Fluido caliente:
Te = 41.5 ºC.
Ts = 30.8 ºC.
Fluido frió
Te = 19.3 ºC.
Ts = 28.0 ºC.
GRAFICAR EL PERFIL DE TEMPERATURA
40 ºC 40 º C
T1 = Te T1 = 36.8 ºC
30 ºC T2 = 31.23 ºC T2 = Ts
T2 = ts t2 = 29.0 ºC 30 ºC
t1 = 24.83 ºC t1 = te
20 ºC 20 ºC
10 ºC
10 ºC
VI.- CALCULOS
36.83-29 = 7.83 ºC
31.23-24.83= 6.4 ºC
………………………………………….. (1)
Caudal de salida
del agua caliente
Caudal de salida
del agua fría
Q1 = 8.074x10-5 m3/seg Q1 =1.2505x10-4 m3/seg
……………………………………………………………(2)
HALLANDO LA MEDIA LOGARITMICA
En ecuación 3
∆TL= 7.1463
HALLANDO Uo COEFICIENTE GLOBAL DE TRASNFERENCIA DE CALOR
DESARROLLANDO.
hio = ……………………………………………………………………….(4)
hi = …………………………………………………………..........(5)
HALLANDO FLUJO MASICO
Qfc x c……………………………………………………………………..(6)
=
De tablas:
T1 = 36.83 ºC = = 993.27Kg/m3.
T2 = 31.23ºC = = 995.09Kg/m3.
= 994.18 Kg/m3
HALLANDO FLUJO MASICO
8.074x10-5ml/seg x 994.18Kg/m3 K 0.080 g/seg.
De tablas:
T1 = 36.83ºC = Cp = 4.174 Kj/Kg K.
T2 = 31.23 ºC = Cp = 4.1751 Kj/Kg K.
=
= 4.1745Kj/Kg K.
HALLANDO AREA INTERNA
di LT
x 0.013x 5.20 0.2123 m2
Ti =
Ti=(36.83-29) +(31.23-24.830)/2=7.115 ºC
De tablas:
Kacero inoxidable 58 – 308 = Kac = 15.2 w/mk
HALLANDO NÚMERO DE NUSSELT
Nu = 0.23 (Re)0.8 (Pt)1/3
= 0.23
Para el lado de anulo
= 0.23
de = de = de = 0.017
De tablas:
=
t1 = 24.83ºC = = 996.28Kg/m3
t2 = 29 ºC = = 995.42 Kg/m3
= 995.85 Kg/m3
HALLANDO AREA
Ae = Ae = Ae = 2.2698 E-04 m2
HALLANDO VELOCIDAD
V = = 1.2505x10-4 / 2.2698 E-04 m2
V= 0.5509 m/seg
De tablas:
=
t1 = 24.83 ºC = = 0.000896 Kg/m s
t2 = 29ºC = = 0.000820 Kg/m s
= 0.000858 Kg/m s
HALLANDO Uo COEFICIENTE GLOBAL DE TRASNFERENCIA DE CALOR
Q = Uo A TL
Hallando coeficiente individual de transferencia de calor a lado interno del tubo
interno.
hi = de ecuación (5)
hi =0.080 x4.1745(36.83-31.23)/ 0.2123 x7.115=1237.95 w/m2 ºC
Hallando coeficiente individual de tranferencia respecto al lado exterior de la superficie
del tubo externo.
hio = hi de ecuación (4)
hio = 1237.95 w/m2 ºC x
hio = 1005.84 w/m2 ºC
PARA EL LADO ANULO
= 0.23
=0.23(995.85x0.5509x0.017/0.000858)0.8 x( 4.1779x0.000858/15.2)1/3
= 24.14
DESPEJANDO SE TIENE:
Donde: = 24.14
Kac = 15.2
de = 0.017
ho =2.414x15.2/0.017=2158.4 w/m2 ºC
hallando uo coeficiente global de trasnferencia de calor
Uo = 2157.9885 w/m2 ºC
HALLANDO AREA
do L
x 0.016 x 5.20
0.2614 m2
Calculando la capacidad de Transferencia de Calor
……………………………………………………………(2)
Q=2157.9885x0.2614x7.1463
Q=4031.215 W
En la ecuación (1)
Q=0.080x4.1745x(36.83-31.23)=1870.176W
VI. CONCLUSIONES
Los resultados nos permiten analizar la diferencia de flujo de calor que se
disipa al medio ambiente, en el siguiente equipo podemos medir cuanto de
calor se necesita adicionar o disminuir en el flujo de calor en la cantidad
necesaria para diseñar en un proceso productivo Agroindustrial. Que la forma
de diseño sea adecuado en el intercambiador de calor de doble tubo en los
determinados casos que se presentan.
VII. BIBLIOGRAFIA
GEANkOPLIS C.J. 1993 “procesos de transporte y operaciones unitarias”
Cuarta edición. Compañía editora CONTINENTAL
HOLMAN J.P. 1998 “Transferencia de calor”
Editorial MC Grawhill Octava edición