TP INTERCAMBIADOR DE CALOR

(Intercambiador de calor de placas)

OBJETIVOS

• Evaluar la pérdida de calor al medio ambiente delequipo.

• Determinar el coeficiente global detransferencia de calor (U) en un intercambiadorde placas (escala planta piloto)

• Comparar el valor del coeficiente global detransferencia de calor experimental con elestimado a partir de correlaciones de labibliografía

• Analizar la influencia de las variables deoperación sobre el valor del coeficiente U

• Profundizar el conocimiento de losprocesos de transferencia de calor y susaplicaciones industriales

• Familiarizarse con la operación de unintercambiador de placas escala piloto,elementos de medición de las variables yprocedimientos de cálculo asociados.

OBJETIVOS

Conocimientos necesarios:

• Mecanismos de transferencia de calor: conducción y convección.

• Coeficientes peliculares de transferencia de calor.

• Estimación de coeficientes de transferencia de calor mediante correlaciones.

• Números adimensionales relacionados con la transferencia de calor

• Ecuación de diseño de un intercambiador de calor (área de transferencia, diferencia media logarítmica de T, factor de ensuciamiento)

Equipo utilizado

PI

ST

FI TI TI

FCV

FCV

FI TI TI

Intercambiadorde calor deplacasAgua

caliente(80 ºC)

Camisa devapor

Agua fría

Medidas efectuar:

- Caudal de la corriente fría

- Temperatura de entrada de la corriente fría

- Temperatura de salida de la corriente fría

- Caudal de la corriente caliente

- Temperatura de entrada de la corriente caliente

- Temperatura de salida de la corriente caliente

• Cálculo del calor intercambiado por cada

corriente:

Q = w Cp (Te – Ts)

donde:

Q calor intercambiado por la corriente [kcal/hora]

w caudal másico [kg/hora]

Cp calor específico [kcal/kg °C]

Te temperatura de entrada del fluido [°C]

Ts temperatura de salida de fluido [°C]

Qc – Qf = pérdidas de calor al medio ambiente

• Ecuación de Diseño

Q = U A ∆∆∆∆Tml Ft

Q calor absorbido por el fluido frío [kcal/hora]

U coeficiente global de transferencia de calor

[kcal/hora m2°C]

A área de transferencia de calor [m2]

∆∆∆∆Tml diferencia media logarítmica de temperaturas [°C]

Ft: factor de corrección

Ac = 2 ππππ R h

R2 = r2 + (R-h)2 → 2 R h = r2 + h2

Ac = ππππ (r2 + h2) Ah = ππππ r2

Ap = (largo x ancho) – 178 Ah + 178 Ac

A = n x Ap

n (nº de placas) = 4

• Cálculo A de transferencia

7cm

54 cm

7cm

17 cm

R

r = 1cmh = 0.3cm

R

h r

R - h

ESQUEMA PLACA CORRUGADA

ESQUEMA CASQUETE

Corrugaciones: forma característica de cada modelo de placa. Finalidad: promover

la suficiente turbulencia en el flujo a través de la placa como para aumentar los

coeficientes de transferencia de calor.

Ft: corrección del ∆Tml

• Cálculo del ∆Tml:

Considerar flujo en contracorriente

y multiplicar por factor de corrección

)t-(T

)t-(Tln

) t- (T-)t-(T T

22

11

2211ml =∆

• Determinación del coeficiente global de

transferencia de calor U experimental en

base a las mediciones efectuadas:

Q = U A ∆∆∆∆Tml Ft

U = Q / A ∆∆∆∆Tml Ft

• Hoja de datos experimentales

Exp

nro

Hora Caudal de

agua fría

“Fc” [l/h]

Temperatura

de entrada de

agua fría “te”

[°C]

Temperatura

de salida de

agua fría “ts”

[°C]

Caudal de

agua

caliente

“Fh” [l/h]

Temperatura

de entrada de

agua caliente

“Te” [°C]

Temperatura

de salida de

agua caliente

“Ts” [°C]

PI

ST

FI TI TI

FCV

FCV

FI TI TI

Exp

nroρρρρc densidad

del agua fría[kg/m

3]

Cpc calor específico

del agua fría

[kcal/kg °C]

Qc=ρρρρc Fc Cpc (ts –te)

[kcal/h]

∆∆∆∆Tml

[°C]

U= Qc/A ∆∆∆∆Tml

[kcal/m2 °C]

Pérdidas

Qh – Qc

[kcal/h]

Las propiedades físicas del fluido deben ser evaluadas a la temperatura promedio de la

corriente (te+ts)/2

• Hoja de datos experimentales

* Estimación de los coeficientes locales de transferencia de calor a partir de correlaciones:

Nu = 0,1 Re0,668 Pr0,33

Nu (número de Nusselt):

Re (número de Reynolds):

Pr (número de Prandtl):

k

2bh Nu =

µbG 2Re m

=

k

CpPr

µ=

h: coef. local de transf. de calor

[kcal/hora m2°C]

2b: diámetro hidráulico (dh);

b: separación entre placas

(b = 0,25 cm)

k: conductividad térmica del

fluido [kcal / h m °C]

Gm: flujo másico de la corriente;

Gm = caudal másico/sección de flujo = caudal másico / ancho x b [kg / h m2 ]

µ: viscosidad del fluido [kg/m h]

Cp: calor específico del fluido

[kcal / kg °C]

Estimación teórica de U:

Estimación teórica del

coeficiente global (U):

Se obtiene hc y hh del a partir del

hchh

11

U

1+= Uteórico

k

2bh Nu =

Análisis de resultados y alcance de los objetivos

• Evaluación de U experimental para distintas condiciones de operación del intercambiador de calor de placas escala piloto.

• Análisis de la influencia de las variables de operación sobre el valor de U.

• Determinación del h controlante para el caso de bajo caudal de una de las corrientes.

• Estimación del U en base a correlaciones análisis del rango de validez y ajuste de las mismas según las condiciones experimentales adoptadas.