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8/17/2019 Práctica 1 - IC de Flujo Turbulento
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Laboratorio de Ingeniería de alimentos II – Facultad de Ciencias Químicas – UNA 1
Practica 1: Intercambiador de Calor de Flujo Turbulento
Vera, Patricia; ara, Claudia; !eníte", Larissa; #intel, Ale$andra; Fern%nde", &aren; Adri%n, &arina; 'era(ini,
)ugo; 'era(ini, Andrea; *s+ínola, I%n-
Resumen -- Se determinó el coeficiente general de
transferencia de calor para flujo turbulento apartir de los valores de transferencia de calor y
diferencia logarítmica de temperatura media
para comparar con el obtenido a partir de
correlaciones y a su ve! contrastar los valores
obtenidos de coeficientes general de transferencia
de calor para flujos en contracorriente y co"
corriente# Se demostró $ue las correlaciones se
desvían ligeramente del valor real para flujos en
contracorriente y varían a%n m&s para flujos en
co"corriente comprob&ndose adem&s $ue el
coeficiente global es mayor para flujos en
contracorriente#
I- IN#./0UCCI/N
l intercambiador de calor m%s sim+le es auel
en ue los (luidos calientes 2 (ríos se mueen
en la misma direcci3n o en direcciones o+uestas en
una construcci3n de tubos conc4ntricos, nos +ermite
el estudio de la trans(erencia de calor entre el agua
caliente ue circula +or un tubo interno 2 el agua (ría
ue circula +or la "ona anular entre el tubo interno 2
el tubo e5terno 617-
*
Centramos nuestra atenci3n en el +roblema de
calcular la trans(erencia de calor +ara ealuar el
(uncionamiento de un intercambiador de calor de
(lu$o turbulento, la di(erencia logarítmica de
tem+eratura media la cual re(le$a el decaimiento
e5+onencial de la di(erencia de tem+eratura local 687
2 el coe(iciente general de trans(erencia de calor en
(lu$o turbulento-
*l an%lisis de (lu$os turbulentos es m%s com+le$o,
+or lo tanto, se utili"an las correlaciones em+íricas
+ara reali"ar com+araciones entre los coe(icientes de +elículas determinados dentro 2 (uera del tubo 2 el
e(ecto de la elocidad del (luido en estos-
Los gr%(icos de distribuci3n de tem+eratura en
relaci3n a la +osici3n en el intercambiador de calor
se reali"an +ara obserar el com+ortamiento de la
trans(erencia de calor entre los (luidos en (lu$os
+aralelos 2 o+uestos-
II. 9A#*.IAL*' : 9*#/0/L/IA
1- 0escri+ci3n de la instalaci3n
Las mediciones se reali"aron en una instalaci3n
e5+erimental +re(abricada +or *dibon '-A-, *s+aer
Ane5o?-
*n la unidad de trans(erencia de calor de agua=
agua de (lu$o turbulento el intercambiador de calor
@a sido diidido en tres secciones se+arando la
corriente (ría 2 la caliente en dos +untos intermedios-
*sto +ermite ue se midan las condiciones de
tem+eratura intermedia-
Adem%s de medir las tem+eraturas de la corriente
en la entrada, en la salida 2 en los +untosintermedios tambi4n se mide la tem+eratura de la
+ared de metal ue se+ara las corrientes-
Por medio del em+leo del Indicador de
#em+eraturas del Calentador, se +rocedi3 a la
medici3n de tem+eraturas en los +untos detallados a
continuaci3n
1- Pared del metal a la entrada > ?-
8- Pared del metal a la salida > ?-
B- Corriente caliente en la entrada > ?-
- Corriente caliente intermedia 1D > ?-
E- Corriente caliente intermedia 8D > ?-
- Corriente caliente en la salida > ?-
G- Corriente (ría en la salida > ?-
H- Corriente (ría intermedia 1D > ?-
- Corriente (ría intermedia 8D > ?-
1J- Corriente (ría en la entrada > ?-
9ediante la inersi3n del (lu$o de la corriente (ría
se +uede establecer 2 medir un (lu$o contra corriente
2 un (lu$o concurrente- Cuando se reali"a dic@a
inersi3n se inierte la entrada de la corriente (ría
+or la salida de la misma-
8- *nsa2os reali"ados
'e reali"aron en total 18 ensa2os ariando el
caudal de (lu$o del agua caliente > ensa2os (ueron
Pro(esrores I- Q- 9ario 'midt; I- Q- *duardo 'andoal-
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en contra corriente, 2 los restantes en (lu$o
concurrente?, se mantuo constante el (lu$o de agua
(ría-
*l rango de ariaci3n de este +ar%metro se
+resenta en la #abla 1-
#abla 1- .ango de condici3n de o+eraci3n +ara
los ensa2os e5+erimentales
Par&metro de ensayo'ango de
Funcionamiento
Flu$o de agua caliente
>LKmin?1,8=
B- 0eterminaciones *5+erimentales
B-1- 0eterminaci3n de la tasa de trans(erencia de
calor, di(erencia logarítmica de tem+eratura media 2
coe(iciente general de trans(erencia de calor-
0eterminaci3n de la tasa de trans(erencia de calor
@acia el (luido (rio-
>1?
>8?
Luego se determina la tasa de trans(erencia de
calor desde el (luido caliente-
>?
>E?
: +or ltimo se determina el calor +erdido
>?
'e +rocede a la determinaci3n de la di(erencia
logarítmica de tem+eratura media mediante lasiguiente ecuaci3n-
△ >G?
△ >H?
△ >?
'e determina el coe(iciente general de
trans(erencia de calor mediante
0*#I 0i%metro e5terno del tubo interno-
0I#I 0i%metro interno del tubo interno-
0I#* 0i%metro interno del tubo e5terno-
0i%metro medio-
>1J?
>11?
>18?
B-8- 0eterminaci3n del coe(iciente de trans(erencia
de calor de su+er(icie dentro 2 (uera del tubo 2 el
e(ecto de la elocidad del (luido en estos-
Correlaciones-
'e determina el coe(iciente de +elícula en la
su+er(icie interna del tubo central
>1B?
△ >1?
△ >1E?
△ >1?
>1G?
Luego se determina el coe(iciente de +elícula en
la su+er(icie e5terna del tubo central
>1H?
△ >1?
△ >8J?
△ >81?
>88?
: a +artir de estos c%lculos, se determina el
coe(iciente global de trans(erencia de calor mediante
la ecuaci3n
>8B?
Pro(esrores I- Q- 9ario 'midt; I- Q- *duardo 'andoal-
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B-B- 'e determinan los coe(icientes de +elícula
utili"ando correlaciones
'e calcula el r4gimen de (lu$o en los tubos-
>8?
>8E?
>8?
>8G?
'e determinan los alores adimensionales de
, , , a la tem+eratura
media corres+ondiente al (luido caliente 2 (luido
(rio, a +resi3n atmos(4rica-
B-B-1- *stimaci3n de los coe(icientes de +elícula en
el tubo interno
B-B-1-1- Correlaci3n de Colburn
>8H?
>8?
B-B-1-8- Correlaci3n de 0ittus=!oelter
>BJ?
>B1?
B-B-1-B- Correlaci3n segunda de PetuM@o
>B8?
>BB?
>BB?
B-B-1-- Correlaci3n modi(icada de nielinsMi
>BE?
>B?
B-B-8- *stimaci3n de los coe(icientes de +elícula en
el tubo e5terno
>BG?
>BH?
III- .*'UL#A0/' : 0I'CU'I/N
*n las #ablas 8 2 B >er Ane5o? se registr3 los
resultados obtenidos en los e5+erimentos de
trans(erencia de calor en (lu$o turbulento circulando
los (luidos en contra corriente 2 en co=corriente; se
obser3 alores de (lu$o m%sico del (luido caliente,
coe(icientes de +elícula +ara la +arte e5terna e
interna del tubo central determinados
e5+erimentalmente, coe(iciente global de
trans(erencia de calor determinados a +artir de los
alores de calor trans(erido +or el (luido caliente, así
como tambi4n de los obtenidos a +artir de losalores de los coe(icientes de +elícula, se obser3
tambi4n alores de coe(iciente de +elícula obtenidos
a +artir de correlaciones-
*n las #ablas 2 E >er Ane5o? se detall3 los
alores de tasa de calor desde el (luido caliente 2
@acia el (luido (rio; la tasa de calor +erdido 2 la
di(erencia logarítmica de tem+eratura media, +udo
obserarse su relaci3n 2 tendencia con res+ecto a la
ariaci3n de (lu$o m%sico del (luido caliente
*aluando los alores de coe(iciente global de
trans(erencia de calor obtenidos a +artir del calor
Pro(esrores I- Q- 9ario 'midt; I- Q- *duardo 'andoal-
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trans(erido +or el (luido caliente 2 los obtenidos a
+artir de los alores de coe(iciente de +elícula con
res+ecto a la ariaci3n del (lu$o m%sico se obser3
ue tienen la tendencia de aumentar a medida ue
aumenta el (lu$o m%sico del (luido caliente
manteniendo constante el (lu$o m%sico del (luido
re(rigerante, tambi4n se +udo obserar ue los
alores de coe(iciente de trans(erencia global eran
bastante +r35imos calculando +or uno u otro
m4todo- Lo mencionado +uede isuali"arse en las
Figuras 8 2 B >er Ane5o?-
Con res+ecto a los aleres de coe(iciente de
+elícula obtenidos a +artir de correlaciones se
obser3 ue son bastante +recisos entre
correlaciones, aunue se ale$aban un +oco de los
alores e5+erimentales- *n relaci3n al coe(iciente de
+elícula de la su+er(icie interna del tubo central la
correlaci3n ue m%s se acerc3 al alor e5+erimental
2 +or lo tanto el m%s ace+table (ue la correlaci3n dePetuMno- *n cuanto a los alores de coe(iciente de
+elícula de la su+er(icie e5terna del tubo central, los
alores e5+erimentales 2 los obtenidos +or la
correlaci3n +ara tubos anulares se ieron bastante
ale$ados entre ellos, esto +udo deberse a ue la
correlaci3n se encuentra en (unci3n a ariables del
(luido ue cambian mu2 +oco con res+ecto a la
tem+eratura, sobre todo +ara el agua >conductiidad,
(río?, esta ariaci3n en la +recisi3n se @i"o todaía
m%s eidente en el e5+erimento en co=corriente-
Com+arando los coe(icientes globales detrans(erencia de calor obtenidos a +artir del calor
trans(erido 2 de los coe(icientes de +elícula +ara los
e5+erimentos en contra corriente 2 en co=corriente
+ara un mismo (lu$o m%sico de (luido caliente >er
tablas 1 2 8 del Ane5o?, se +uede obserar ue los
mismos son ma2ores +ara el +rimer caso- *sto a su
e" se debe a ue, aun manteniendo constantes las
condiciones de entrada 2 salida 2 las tasas de (lu$o,
el cambio en la con(iguraci3n ocasiona una
ariaci3n en la di(erencia media logarítmica de
tem+eraturas, siendo este alor ma2or +ara la
con(iguraci3n en contra corriente, lo ue e5+lica ladi(erencia entre ambos coe(icientes globales, este
e(ecto se obsera en las Figuras 2 E >er Ane5o?-
IV- C/NCLU'I/N*'
'e determin3 la tasa de trans(erencia de calor
entre el (luido caliente 2 el (luido re(rigerante, se
obser3 ue en general tanto la tasa de calor @acia el
(luido (rio 2 desde el (luido caliente aumentan a
medida ue se aumenta el (lu$o m%sico del (luido
caliente manteniendo constante el (lu$o de (luido
re(rigerante, así tambi4n se determin3 el aumento en
el alor de la di(erencia logarítmica de tem+eratura
media con res+ecto al aumento en el (lu$o m%sico de
caliente, tanto +ara el e5+erimento en contra
corriente 2 en co=corriente-
*n cuanto al coe(iciente global de trans(erencia
de calor, 4ste aumenta en el sentido en ue se
aumenta (lu$o m%sico del (luido caliente
manteniendo constante el (lu$o de (luido
re(rigerante, lo ue indicaría ue la trans(erencia de
calor es m%s e(ectia a ma2ores alores de (lu$o
m%sico >con igual alide" con res+ecto a la
elocidad o .e2nolds?- Los alores obtenidos a
+artir de la tasa de calor son bastante +r35imos con
relaci3n a los obtenidos a +artir de los coe(icientes
de +elícula, +or lo ue cualuiera de los m4todos de
c%lculo es %lido +ara su estimaci3n-
'e calcularon los alores de coe(iciente de
+elícula a +artir de la tasa de calor 2 a +artir de
correlaciones, obser%ndose cierta concordanciaentre esos alores- Los alores obtenidos +or
correlaci3n son mu2 cercanos entre ellas, +or lo ue
+uede decirse ue cualuiera de las correlaciones
estudiadas es %lida +ara reali"ar una estimaci3n- La
correlaci3n de PetuMno (ue la ue m%s se acerc3 a
los alores obtenidos a +artir de la tasa de calor-
*n lo ue a las con(iguraciones res+ecta,
com+arando los coe(icientes globales de
trans(erencia de calor +ara intercambiadores de calor
en contra 2 co=corriente manteniendo constantes las
condiciones de entrada 2 salida, así como las tasasde (lu$o, se obser3 ue los mismos son ma2ores
+ara la +rimera con(iguraci3n; +or lo tanto se
conclu2e ue la dis+osici3n en contra corriente es
m%s coneniente-
V- .*F*.*NCIA'
617 F- P-Incro+era, 0- P- 0e itt- Fundamentos de
Transferencia de Calor - *ditorial Prentice )all,
Atlacomulco, 945ico, ta edici3n, 1-
687 :- A- Cengel- Transferencia de Calor - *ditorial
9c raO )ill, 945ico, 'egunda *dici3n, unio
8JJ-
Pro(esrores I- Q- 9ario 'midt; I- Q- *duardo 'andoal-
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VI- AN*/
Figura 1- *suema de la unidad de trans(erencia de calor de agua=agua de (lu$o turbulento
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#abla 8- .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en contra corriente
Flu$o m%sico (luido caliente >MgKs?
Contra corriente
J,1H J,JH1 J,J88 J,JE J,JB J,J8
Coe(iciente de +elícula en la su+er(icieinterior del tubo central
@i >Km8DC? 18B 11E8 H8HB H8GG EH1 JH
Coe(iciente de +elícula en la su+er(iciee5terior del tubo central
@o >Km8DC? HJ H8E GJH EG8 HEH BEB
Coe(iciente global de trans(erencia de
calor a +artir del calor trans(erido
U >Km8DC? E8J G8H BHJ BGGB 8H 8BHE
Coe(iciente global de trans(erencia de
calor a +artir de @i 2 @oU* >Km8DC? EBHE HBE BJE BB B1H 8G1
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>Colburn?
@iC >Km8DC? 18JB BE EEE8 EG8 BH18 8H
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>0itus=!oelter?
@i0! >Km8DC? 18BH J88 EBB EE1 BGB 8G
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>nielisMi?
@i >Km8DC? 1H 1JE E8 1GE BB 8H1
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>PetuMno?
@iP >Km8DC? 1E81 11,J81 BH E1 BBEE
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n
>tubo anular?@oC >Km8DC? 8818 881B 881B 881 881B 881
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#abla B- .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en co=corriente-
Flu$o m%sico (luido caliente >MgKs?
*5+erimento en Co=corriente
J,1GG J,11H J,JH1 J,JJE J,JE J,JB
Coe(iciente de +elícula en la su+er(icieinterior del tubo central @i >Km8DC? JB HHJ EG GH GEH EH
Coe(iciente de +elícula en la su+er(iciee5terior del tubo central @o >Km
8DC? 1J1G 1JB1 J HJJJ HBH G1E
Coe(iciente global de trans(erencia decalor a +artir del calor trans(erido U >Km
8DC? 8E B8J 88 BHJ BGE BJJ
Coe(iciente global de trans(erencia decalor a +artir de @i 2 @o U* >Km8DC? HH8 HJ1 E8 B1 BHB B8G
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>Colburn? @iC >Km
8DC? 1B8G 11JBH HEEJ EHBB E8 JGE
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>0itus=!oelter? @i0! >Km
8DC? 18G 1JBJ H88 EB EG8B B
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>nielisMi? @i >Km8DC? 1E1G 18J 81 BH 8J
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>PetuMno? @iP >Km
8DC? 1EEE 18HB HH GJH H1B H
Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>tubo anular? @oC >Km
8DC? 8888 888 8888 888J 8888 8881
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*5+erimento en Co=corriente
Flu$o m%sico (luido caliente 6MgKs7 mi J,1GG J,11H J,JH1 J,JJE J,JE J,JB
#asa de calor desde el (luido caliente 67 Qcaliente 818 8BE8 8GGE 8GJ 8EGB 811
#asa de calor @acia el (luido (rio 67 Q(rio 8GGH 8HH 8GG 8GBB 8H8B 8GG
#asa de calor +erdido 67 Q + 1 E1, H,JG 8,1 8EJ,1 BEE,
0i(erencia logarítmica de tem+eratura media 6DC7 R#ml 1G,EE 1H,H 8J,B 8,8H 8B,HH 8G,H
*5+erimento en Contra=corriente
Flu$o m%sico (luido caliente 6MgKs7 mi J,1GG J,11H J,JH1 J,JJE J,JE J,JB
#asa de calor desde el (luido caliente 67 Qcaliente 81 8EEG 8EGB 81 81BB 8J8
#asa de calor @acia el (luido (rio 67 Q(rio 8GGH 8HH 88J 8HBE 8E1 8EGE
#asa de calor +erdido 67Q + 11G, 1B1, G,8 88J,E JG, H8,G
0i(erencia logarítmica de tem+eratura media 6DC7 R#ml 1G,EB 1H,HE 8B,8 8,1E 8E,E BJ,E
#abla - .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en Co=corriente
#abla E- .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en Contracorriente
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Figura 8- Variaci3n del coe(iciente global de trans(erencia de calor con res+ecto al (lu$o m%sico
del (luido caliente manteniendo constante el (lu$o m%sico del (luido re(rigerante, +ara el
e5+erimento en contra corriente-
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Figura B- Variaci3n de los coe(iciente globales de trans(erencia de calor con res+ecto al (lu$om%sico del (luido caliente manteniendo constante el (lu$o m%sico del (luido re(rigerante, +ara
el e5+erimento en co=corriente-
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Figura - 0istribuci3n de tem+eraturas del (luido (río, (luido caliente 2 +ared met%lica +ara la
con(iguraci3n en co=corriente
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Figura E- 0istribuci3n de tem+eraturas del (luido (río, (luido caliente 2 +ared
met%lica +ara la con(iguraci3n en contra corriente