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