informe de laboratorio intercambiador de calor tubocoraza

RESUMEN

El estudio de los intercambiadores de calor es sumamente importante para entender el funcionamiento de esta operación unitaria. No solo para comprender los conceptos teóricos, sino para aplicarlos en los procesos industriales. La producción de calor en los procesos químicos es quizá uno de los efectos que se presentan con más frecuencia, situación que pone a los intercambiadores de calor en primer término.

En esta práctica se analizó un tipo de intercambiador de calor (tubo y coraza), para el cual se calculó el coeficiente global de transferencia U. En este informe se muestra de forma detallada los procedimientos para obtener dichos coeficientes, que son comparados con los teóricos. También perfiles térmicos que describen la variación de la temperatura de los fluidos frio y caliente (agua y aceite) a lo largo del tiempo. Además un análisis del dimensionamiento del equipo que permite una eficiencia transferencia de calor entre los fluidos. Si bien existen errores, al compararlos con los experimentales, los resultados se pueden considerar como satisfactorios, pues reflejan el comportamiento del fenómeno de transferencia.

Palabras Clave: intercambiador de calor, coeficiente global de transferencia, eficiencia.

1. INTRODUCCIÓN

Bajo la denominación general de intercambiadores de calor, o simplemente intercambiadores de calor, se engloba a todos aquellos dispositivos utilizados para transferir energía de un medio a otro, sin embargo, en lo que sigue se hará referencia única y exclusivamente a la transferencia de energía entre fluidos por conducción y convección, debido a que el intercambio térmico entre fluidos es uno de los procesos más frecuente e importante en la ingeniería.

Los equipos de intercambio de calor son equipos o dispositivos utilizados para transferir (recuperar) calor desde una corriente de un fluido caliente a otra constituida por un fluido frío. Quizá el tipo más común de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales sea el de tubos y coraza. Estos intercambiadores de calor contienen un gran número de tubos (a veces varios cientos) empacados en un casco con sus ejes paralelos al de éste. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por dentro de los tubos, en tanto que el otro se mueve por fuera de éstos, pasando por la coraza. Es común la colocación de desviadores en la coraza para forzar al fluido a moverse en dirección transversal a dicha coraza con el fin de mejorar la transferencia de calor, y también para mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos. A pesar de su extendido uso no son adecuados para utilizarse en automóviles y aviones debido a su peso y tamaño relativamente grandes. Nótese que en un intercambiador de este tipo los tubos se abren hacia ciertas zonas grandes de flujo, llamadas cabezales, que se encuentran en ambos extremos del casco, en donde el fluido del lado de los tubos se acumula antes de entrar y salir de ellos.Los intercambiadores de tubos y coraza se clasifican todavía más según el número de pasos que se realizan por la coraza y por los tubos. Por ejemplo, los intercambiadores en los que todos los tubos forman una U en la coraza se dice que son de un paso por la coraza y dos pasos por los tubos.

Clasificación de Intercambiadores según la distribución de flujo

En la distribución en contracorriente o contraflujo:Los fluidos caliente y frío entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas. En la distribución en flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.

Intercambiadores de Calor de Flujo Paralelo: Las distribuciones de temperatura caliente y fría asociadas con el intercambiador de calor de flujo paralelo. La diferencia de temperaturas ΔT es grande al principio, pero decae rápidamente a lo largo del intercambiador. Es importante señalar, para tal intercambiador la temperatura de salida del fluido frío nunca excede la del fluido caliente.

2. OBJETIVOS

Objetivo general Comprender el funcionamiento, dimensionamiento y operación de un intercambiador de calor

de tubos y coraza.

Objetivos específicos Calcular los coeficientes de transferencia de calor para el intercambiador de calor de tubos y

coraza del laboratorio transferencia de calor. Establecer qué condiciones de operación afectan a los fluidos y mejoran la transferencia de

calor Analizar las distribuciones de flujo paralelo y contracorriente para conocer las variaciones que

tienen los perfiles térmicos del sistema Efectuar balances de energía y materia que describan el comportamiento termodinámico del

proceso de transferencia de calor entre los fluidos Calcular la eficiencia que existe en el proceso de transferencia de calor teniendo en cuenta el

dimensionamiento del equipo

3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADO Intercambiador de calor de coraza y tubos: Arreglo triangular de 13 tubos con 1 solo paso Coraza de N bafles con 1 solo paso Rotámetro Termostato

Bomba Sistema de tuberías PVC de ½” y ¼” de diámetro Válvulas Tanques de Carga y Descarga Tablero digital Fluidos tubos: Agua potable (pluma). Fluido de carcasa: Aceite (Therminol 55).

4. ESQUEMA DEL EQUIPO

Fig. 1. Esquema del Equipo: Intercambiador de Calor de coraza y tubos.

Dónde:

T1 – Temperatura de entrada del flujo de agua al intercambiador.T2 – Temperatura de salida del flujo de agua desde el intercambiador.T3 – Temperatura de entrada del flujo de aceite al intercambiador.T4 – Temperatura de salida del flujo de aceite desde el intercambiador.Tanques 1 y 2 – Bombeo y descargue de agua al sistema (Línea azul).Termostato – Calentamiento aceite (Línea roja).

Tabla Nº 1. Dimensiones y Características Intercambiador.

Dimensiones y Características IntercambiadorMaterial Diámetro

interno (m)

Diámetro externo

(m)

Longitud (m)

Numero de

tubos

Numero de

pasos

k (w/m.K)

Tubos Acero inoxidable

0.01 0.0127 0.6 13 1 15

AISI 306Coraza Vidrio 0.105 0.1016 0.6 - 1 -

Tabla Nº 2. Aspectos de uso del equipo (intercambiador de Tubos y Coraza).

Arreglo Numero de las válvulas abiertas

Numero de las válvulas Cerradas

Paralelo 6,8 y 10 1,3,5,7,9,11,13 y 15Contracorriente 6,7 y 9 1,3,5,8,10,11,13 y 15

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPara llevar a cabo la práctica de operación del intercambiador de tubos y coraza se realizó el siguiente procedimiento.

Primero se llenaron hasta la mitad de capacidad los tanques de almacenamiento de agua , el cual es el fluido de enfriamiento para el intercambiador

Se configuraron las llaves de paso en la conexión de tuberías que suministran los fluidos al intercambiador, ya fuera para mantener el sistema de flujo en paralelo o en contracorriente

Luego, se encendió el equipo de intercambiadores y se puso en funcionamiento las bombas mediante un panel de control ubicado en el equipo

se encendió el termostato para el calentamiento del aceite hasta una temperatura de 60ºC se regulo el caudal de fluidos de operación para la transferencia de calor entre el aceite y

agua se anotaron las temperaturas de entrada y salida para cada uno de los fluidos (agua y

aceite) mediante termocuplas acopladas al equipo, en intervalos de 25 segundos hasta que la temperaturas de salida se estabilizaran

se realizó el mismo procedimiento para configuraciones en paralelo y contracorriente

6. DATOS EXPERIMENTALES

Los datos presentados a continuación fueron obtenidos experimentalmente durante la práctica de laboratorio, donde se tuvo en cuenta para el desarrollo de la misma la variación del caudal para el flujo de agua. Los datos fueron los siguientes:

Caudal: Agua: 15.4 L/min; Aceite: 15 L/min.

Flujo Paralelo

t (s) t (min) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C)1 25 0,42 34,3 34,7 59,4 43,4

2 50 0,83 34,4 34,7 59,6 43,9

3 75 1,25 34,4 34,8 59,7 44,3

4 100 1,67 34,3 34,8 59,7 44,6

5 125 2,08 34,5 34,8 59,7 45,6

6 150 2,50 34,5 34,9 59,7 45,2

7 175 2,92 34,5 34,9 59,8 45,3

8 200 3,33 34,6 34,9 59,7 45,4

9 225 3,75 34,5 34,9 59,9 45,6

10 250 4,17 34,6 35 59,8 45,7

11 275 4,58 34,6 35 59,8 45,7

12 300 5,00 34,6 35 59,9 45,8

13 325 5,42 34,7 35 59,7 45,8

14 350 5,83 34,7 35,1 59,9 45,9

15 375 6,25 34,7 35,1 59,9 45,9

16 400 6,67 34,7 35,1 59,8 46

17 425 7,08 34,7 35,1 59,8 46

18 450 7,50 34,8 35,1 59,9 46

19 475 7,92 34,8 35,2 59,8 46,1

20 500 8,33 34,8 35,2 59,9 46,2

21 525 8,75 34,8 35,2 59,9 46,2

22 550 9,17 34,9 35,2 59,8 46,2

23 575 9,58 34,9 35,3 60 46,3

24 600 10,00 34,9 35,3 60 46,3

25 625 10,42 34,9 35,3 59,8 46,3

26 650 10,83 34,9 35,4 59,9 46,4

27 675 11,25 35 35,4 60 46,4

28 700 11,67 35 35,4 59,9 46,4

29 725 12,08 35 35,4 59,9 46,5

30 750 12,50 35 35,4 59,9 46,5

31 775 12,92 35 35,5 59,9 46,5

32 800 13,33 35,1 35,5 60 46,6

33 825 13,75 35,1 35,5 59,9 46,6

34 850 14,17 35,2 35,5 59,9 46,6

35 875 14,58 35,1 35,6 59,9 46,7

36 900 15,00 35,2 35,6 60 46,6

37 925 15,42 35,2 35,6 59,9 46,7

38 950 15,83 35,2 35,6 59,8 46,7

39 975 16,25 35,2 35,6 59,8 46,7

40 1000 16,67 35,3 35,6 59,9 46,7

41 1025 17,08 35,3 35,7 59,8 46,7

42 1050 17,50 35,3 35,7 59,9 46,7

43 1075 17,92 35,3 35,7 59,9 46,7

44 1100 18,33 35,4 35,7 59,9 46,7

45 1125 18,75 35,4 35,7 59,9 46,7

46 1150 19,17 35,4 35,7 59,9 46,8

47 1175 19,58 35,4 35,8 59,7 46,8

48 1200 20,00 35,4 35,8 59,9 46,8

Flujo Contracorriente

t (s) t (min) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C)1 25 0,42 32,9 33,3 59,5 42,5

2 50 0,83 32,9 33,3 59,6 43

3 75 1,25 32,9 33,3 59,7 43,4

4 100 1,67 32,9 33,3 59,7 43,8

5 125 2,08 33 33,4 59,7 44,1

6 150 2,50 33 33,4 59,7 44,3

7 175 2,92 33 33,4 59,8 44,4

8 200 3,33 33 33,5 59,8 44,6

9 225 3,75 33 33,4 59,8 44,7

10 250 4,17 33,1 33,5 59,9 44,8

11 275 4,58 33 33,5 59,7 44,9

12 300 5,00 33,1 33,5 59,8 45

13 325 5,42 33,1 33,6 59,9 45,1

14 350 5,83 33,1 33,6 59,8 45,1

15 375 6,25 33,1 33,6 59,8 45,2

16 400 6,67 33,1 33,6 60 45,3

17 425 7,08 33,1 33,6 59,8 45,4

18 450 7,50 33,2 33,6 59,8 45,4

19 475 7,92 33,2 33,7 59,8 45,4

20 500 8,33 33,2 33,7 59,8 45,4

21 525 8,75 33,2 33,7 59,9 45,4

22 550 9,17 33,2 33,7 59,8 45,5

23 575 9,58 33,3 33,7 59,9 45,5

24 600 10,00 33,3 33,7 59,9 45,6

25 625 10,42 33,3 33,8 59,8 45,6

26 650 10,83 33,3 33,8 59,8 45,6

27 675 11,25 33,3 33,8 59,9 45,6

28 700 11,67 33,3 33,8 59,8 45,6

29 725 12,08 33,3 33,8 59,8 45,6

30 750 12,50 33,4 33,8 59,8 45,7

31 775 12,92 33,4 33,9 59,8 45,7

32 800 13,33 33,4 33,9 59,9 45,7

33 825 13,75 33,5 33,9 59,9 45,7

34 850 14,17 33,4 33,9 59,8 45,7

35 875 14,58 33,5 33,9 59,8 45,7

36 900 15,00 33,5 34 59,8 45,8

37 925 15,42 33,5 34 59,8 45,8

38 950 15,83 33,5 34 59,9 45,8

39 975 16,25 33,6 34 59,8 45,9

40 1000 16,67 33,5 34 59,9 45,9

41 1025 17,08 33,6 34 59,9 45,9

42 1050 17,50 33,6 34,1 59,8 45,9

43 1075 17,92 33,6 34,1 59,8 45,9

44 1100 18,33 33,7 34,1 59,8 45,9

45 1125 18,75 33,6 34,1 59,9 45,9

46 1150 19,17 33,6 34,1 59,9 46

47 1175 19,58 33,7 34,1 59,8 46

48 1200 20,00 33,7 34,2 59,8 46

Alcanzado el estado estable, es decir, los valores para las temperaturas en donde ya no dependen del tiempo (constantes), se procede a promediar los datos obtenidos experimentalmente. Los resultados son los siguientes:

Flujo Paralelo

T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C)34.9 35.3 59.8 46.08


T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C)33.2 33.74 59.8 45.26

7. CALCULOS Y RESULTADOS Calculo del coeficiente global de transferencia de calor:La energía que se transfiere en el sistema se puede expresar como la variación de la energía interna (entalpia):

Q=mC p∆T (1 )Dónde: Q es el calor transferido, m es el flujo másico, Cp es la capacidad calorífica y ΔT es la diferencia de temperaturas del fluido.

En términos del coeficiente global de transferencia el calor que se transfiere en el sistema se expresa como:

Q=UA ∆Tml (2 )Dónde: Q es el calor transferido, U es el coeficiente global de transferencia de calor y ΔTml es la diferencia de temperatura media logarítmica.

Despejando U de (2) obtenemos:

U= QA ∆T ml

(3 )

Donde el Q transferido por el sistema se puede calcular con la ecuación (1).

Tabla Nº 3. Propiedades de Fluido que intervienen en el sistema para flujo paralelo.

Tubos CorazaFluido Aceite Agua

Q (L/min) 15 15.4

T entrada (°C) T3 = 59.8 T1 = 35

T salida (°C) T4 = 46 T2 = 35.3

Tm (°C) 52.9 35.15

µ (Pa s) 0.01045 0.000717

Cp (kJ/kg K) 2.018 4.179

ρ (kg/m3) 853.88 994.02

ṁ (kg/s) 0.2135 0.2557

Pr 169.11 5.18

Tabla Nº 4. Propiedades de Fluido que intervienen en el sistema para flujo contracorriente.

Tubos CorazaFluido Aceite Agua

Q (L/min) 15 15.4

T entrada (°C) T3 = 59.8 T1 = 33.2

T salida (°C) T4 = 45.3 T2 = 33.74

Tm (°C) 52.5 33.47

µ (Pa s) 0.01086 0.000742

Cp (kJ/kg K) 2.017 4.178

ρ (kg/m3) 854.82 994.6

ṁ (kg/s) 0.2137 0.2552

Pr 170.13 5.35

Cálculos Flujo Paralelo:

Calculamos el flujo de calor:

Qagua=0.2557×4.179× (35.3−35 ) kW=0.3205kWQagua=320.5W

−Qaceite=0.2135×2.018× (46.5−59.8 ) kW=−5.7302kWQaceite=5730.2W

Calculamos área de transferencia:

A=π N ¿ D e L

Dónde: Nto es el número de tubos, De es el diámetro exterior de los tubos y L es la longitud de los tubos.

Remplazando los datos de la tabla Nº 1, obtenemos:

A=13π ×0.0127×0.6m2=0.311m2

Calculo de la temperatura media logarítmica:

∆T ml=∆T 2−∆T 1

ln(¿∆T 2/∆T1)¿Dónde: ΔT1 = T3-T1 = 59.8 - 35 = 24.5 °CΔT2 = T4-T2 = 46 - 35.3 = 10.7 °C

Remplazando los valores obtenemos:

∆T ml=10.7−24.5

ln( 10.724.5 )=16.65 °C

Calculo del factor de corrección MLTD:

Para ello se deben calcular primero los parámetros R y P los cuales se definen como:

P=T 2−T 1

T 3−T 1

Reemplazando valores:

P= 35.3−3559.8−35.3

=0.0122

El parámetro R:

R=T 3−T 4

T 2−T 1

=59.8−4635.3−35

=46

Una vez hallados estos dos parámetros es posible reemplazar en las siguientes expresiones

teniendo en cuenta que R≠1

α=(1−RP1−P )

1/N

Reemplazando:

α=[ 1− (0.0163 ) (33.25 )1−0.0163 ]

1 /1

→α=0.44

Así mismo:

S= α−1α−R

Reemplazando:

S= 0.44−10.44−46

→S=0.0123

El factor de corrección estará dado por:

F=√R2+1 [ ln 1−S

1−RS ](R−1 ) ln [ 2−S (R+1−√R2+1 )

2−S (R+1+√R2+1 ) ]F=

√(46 )2+1[ ln 1−0.01631−(46 ) (0.0123 ) ]

(46−1 ) ln [ 2−0.0163 (46+1−√(46 )2+1)2−0.0163 (46+1+√ (46 )2+1) ]

F=0.6

Calculo del coeficiente global de transferencia de calor:Utilizando la ecuación (3) y remplazando los valores antes obtenidos, tenemos que:

U agua=Qagua

A F ∆T ml

U aceite=Qaceite

AF ∆Tml

U agua=320.5

0.311×16.65×0.6=103.16 W

m2 °C

U aceite=5730.24

0.311×16.65×0.6=1844.41 W

m2° C

Cálculos Flujo Contracorriente:

Calculamos el flujo de calor:

Qagua=0.2552×4.178× (33.74−33.2 ) kW=0.5757kWQagua=575.7W

−Qaceite=0.2137×2.017× (45.3−59.8 ) kW=−6.2499kWQaceite=6249.9W

Calculamos área de transferencia:

A=π N ¿ D e L

Dónde: Nto es el número de tubos, De es el diámetro exterior de los tubos y L es la longitud de los tubos.

Remplazando los datos de la tabla Nº 1, obtenemos:

A=13π ×0.0127×0.6m2=0.311m2

Calculo de la temperatura media logarítmica:

∆T ml=∆T 2−∆T 1

ln(¿∆T 2/∆T1)¿Dónde: ΔT1 = T3-T1 = 59.8 - 33.2 = 26.6 °CΔT2 = T4-T2 = 45.3 – 33.74 = 11.56 °C

Remplazando los valores obtenemos:

∆T ml=11.56−26.6

ln(11.5626.6 )=18.04 °C

Calculo del factor de corrección MLTD:

Para ello se deben calcular primero los parámetros R y P los cuales se definen como:

P=T 2−T 1

T 3−T 1

Reemplazando valores:

P=33.74−33.259.8−33.2

=0.02

El parámetro R:

R=T 3−T 4

T 2−T 1

= 59.8−45.333.74−33.2

=26.85

Una vez hallados estos dos parámetros es posible reemplazar en las siguientes expresiones

teniendo en cuenta que R≠1

α=(1−RP1−P )

1/N

Reemplazando:

α=[ 1− (0.0190 ) (28.4 )1−0.0190 ]

1/1

→α=0.47

Así mismo:

S= α−1α−R

Reemplazando:

S= 0.47−10.47−26.85

→S=0.02

El factor de corrección estará dado por:

F=√R2+1 [ ln 1−S

1−RS ](R−1 ) ln [ 2−S (R+1−√R2+1 )

2−S (R+1+√R2+1 ) ]F=

√ (28.4 )2+1 [ ln 1−0.01901−(28.4 ) (0.0190 ) ]

(28.4−1 ) ln [ 2−0.0190(28.4+1−√ (28.4 )2+1)2−0.0190 (28.4+1+√ (28.4 )2+1) ]

F=0.99

Calculo del coeficiente global de transferencia de calor:Utilizando la ecuación (3) y remplazando los valores antes obtenidos, tenemos que:

U agua=Qagua

A F ∆T ml

U aceite=Qaceite

AF ∆Tml

U agua=575.7

0.311×0.99×15.51=120.55 W

m2° C

U aceite=6249.9

0.311×0.99×15.51=1308.77 W

m2° C

Comparación de resultados para los coeficientes globales de transferencia:

Arreglo Coeficiente Global (Ui) (W/m2°C)

Coeficiente Global (Uo)(W/m2°C)

Paralelo 103.16 1844.41Contracorriente 120.55 1308.77

Calculo de la eficiencia ε del intercambiador:Cálculos Paralelo:Calculo de la capacidad calorífica:

C c=mc ∙Cpc=0.2557×4.179=1.069kW°C

Ch=mh ∙Cph=0.2135×2.018=0.4308kW°C

Determinamos la máxima transferencia de calor posible:

Qmax=Cmin(T h ,i−Tc ,i)

Qmax=0.4308 (59.8−35 )×1000=10683.84W

Determinamos la eficiencia del intercambiador:

ε ≡C c(T c , o−T c, i)Cmin(T h ,i−T c, i)

Remplazando los datos obtenidos anteriormente la eficiencia es:

ε ≡1.069 (35.3−35 )×1000

10683.84

Calculo de la eficiencia-NUT:

NUT= UACmin

Para el fluido frío ecuación (1):

Q=mC p∆T

ε=0.030

Q=0.2557×4.179× (35.3−35 )kW=0.3205kWQ=320.5W

Utilizando la ecuación (3):

U= QAF∆T mL

De los cálculos previos realizados por el método TML

U=103.16 W

m2 °C

Hallamos el NUT:

NUT=103.16×0.3110.4308×1000

Para el cálculo de la eficiencia se realiza de la siguiente forma:

C r=0.43081.069

=0.4030

Con lo que finalmente:

ε=1−exp [−NUT (1−Cr ) ]1−C r ∙exp [−NUT (1−C r ) ]

ε=1−exp [−0.074 (1−0.4030 ) ]

1−0.4030 ∙exp [−0.074 (1−0.4030 ) ]

Cálculos Flujo Contracorriente:Calculo de la capacidad calorífica:

C c=mc ∙Cpc=0.2552×4.178=1.066kW°C

Ch=mh ∙Cph=0.2137×2.017=0.4310kW°C

Determinamos la máxima transferencia de calor posible:

NUT=0.074

ε=0.070


Qmax=0.4310 (59.8−33.2 )×1000=11464.6W

Determinamos la eficiencia del intercambiador:

ε ≡C c(T c , o−T c, i)Cmin(T h ,i−T c, i)

Remplazando los datos obtenidos anteriormente la eficiencia es:

ε ≡1.066 (33.74−33.2 ) ×1000

11464.6


NUT= UACmin

Reemplazando los valores ya calculados previamente hallamos el NUT:

NUT=120.55×0.3110.4310×1000


C r=0.43101.066

=0.4043



ε=1−exp [−0.087 (1−0.4043 ) ]

1−0.4043 ∙exp [−0.087 (1−0.4043 ) ]

Comparación de resultados para las eficiencias:

NUT=0.087

ε=0.0819

ε=0.05

Arreglo Método ε Método ε-NUTParalelo 0.03 0.07

Contracorriente 0.05 0.082

8. ANALISIS DE RESULTADOS De acuerdo con los resultados anteriores calculados a partir de los datos experimentales que

corresponden a la práctica de laboratorio, se puede ratificar que para el flujo en contracorriente la cantidad de calor transmitido por unidad de área es mayor en comparación con el flujo en paralelo.

Según los cálculos mostrados anteriormente con respecto a la eficiencia para el intercambiador de calor de coraza y tubos en arreglo de flujo paralelo y contracorriente, los resultados obtenidos confirman lo mencionado por la literatura y da validez a lo mencionado anteriormente. La transferencia de calor en flujo contracorriente garantiza una mayor transferencia de calor por unidad de área que en flujo paralelo, esto debido a que el gradiente de temperatura se comporta casi constante durante el proceso de transferencia, que en comparación con el flujo en paralelo la diferencia en el gradiente de temperatura que se forma es muy grande al inicio del proceso de transferencia pero disminuye a lo largo de este.

Los resultados para las eficiencias determinados por los distintos métodos para el intercambiador de calor de coraza y tubos en flujo paralelo y contracorriente es bastante pequeño debido a que no son considerados para el cálculo de la trasferencia de calor, perdidas de calor hacia el ambiente, transferencia de calor por radiación y convección externa, lo cual en procesos reales de transferencias influyen significativamente en el proceso, por lo tanto para el cálculo de la eficiencia para el intercambiador solo se tuvo en cuenta el calor real absorbido por el agua que le transfirió el aceite.

9. CONCLUSIONES

Al finalizar la presente práctica se logró determinar el coeficiente global de transferencia de calor para un caudal determinado comparando el tipo de arreglo tanto paralelo como contracorriente. A su vez se observó el comportamiento de las temperaturas de entrada y salida de los fluidos caliente y frío en diversos intervalos de tiempo, hasta alcanzar el estado estacionario. Se analizó la influencia que tienen las propiedades térmicas de los fluidos que intervienen en el proceso y la configuración del equipo en el proceso de trasferencia. Es importante resaltar que los datos sean registrados una vez el sistema se haya estabilizado; además se deben tomar las precauciones necesarias para que las pérdidas de calor al ambiente sean menores, debido a que la influencia de esta en el proceso es significativa.

Se logró determinar la eficiencia del intercambiador para un caudal determinado en arreglo de flujo paralelo y contracorriente. Se analizó la influencia de diversas variables como calor cedido y recibido por parte de los fluidos, propiedades características, entre otros. Y por último se identificó la fuerza impulsora en los fenómenos de transferencia de calor: Diferencias o intervalos de temperaturas.

10. GRAFICAS Caudal: Agua: 15.4 L/min; Aceite: 15 L/min.

Flujo paralelo agua:

0.00 10.00 20.00 30.00 40.0033

34

35

36

37

Flujo Paralelo

Tentrada (°C)Tsalida (°C)

t (minutos)

T (°C

)

Flujo paralelo aceite:

0.00 10.00 20.00 30.00 40.000

10203040506070

Flujo Paralelo


t (minutos)

T (°C

)

Flujo contracorriente agua:

0.00 10.00 20.00 30.00 40.0032

32.533

33.534

34.535



t (minutos)

T (°C

)

Flujo Contracorriente aceite:

0.005.00

10.0015.00

20.0025.00

30.0035.00

020406080

Flujo contracorriente


t (minutos)

T (°C

)

11. ANEXOS

Cálculo eficiencia ε

Se explican a continuación el significado de los diferentes subíndices empleados:

h: Fluido caliente c: Fluido frio

o: Salida i: Entrada

Se define entonces:

Si, C c<Ch entonces qmax=Cc (T h ,i−T c ,i)

Si, Ch<Cc entonces qmax=Ch(T h ,i−Tc ,i)

Por lo anterior:


Y:

C c=mc ∙Cpc

Ch=mh ∙Cph

Por tanto, la eficiencia se define como la razón entre la transferencia real de calor para un intercambiador de calor y la transferencia de calor máxima posible:

ε ≡Qreal

Qmax

Y por las relaciones de los fluidos de acuerdo al Cmin:

ε ≡Ch (T h ,i−T h , o )Cmin (T h ,i−T c ,i )

óε ≡C c(T c ,o−T c, i)Cmin(T h ,i−Tc ,i)


NUT= UACmin

Para el fluido frío:

Q=mC p∆T

Dónde:

∆T=T c ,o−T c, i

Para el calor que se transfiere:

Q=UA ∆TmL

Al relacionar los calores se obtiene:

U= QA ∆T mL

Dónde:

∆T mL=∆T2−∆T1

ln(∆T2∆T1 )


C r=cmin

Cmáx



12. BIBLIOGRAFIA

a) KERN, Donald. Procesos de transferencia de calor (1965) 1ª Edición. Editorial Patria.

b) Frank P. Incropera, David P. DeWitt. Fundamentos de Transferencia de Calor (1999). 4ta Edición. Prentice Hall.

c) R.K. Shan, D. Sekuli. Fundamentals of heat exchanger designs. Wiley-India edition, 2003.

informe de laboratorio intercambiador de calor tubocoraza

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