Laboratorio de Operaciones Unitarias IIntercambiadores de calor

Intercambiadores de Calor

El flujo de calor desde un fluido a travs de una pared slida hasta un fluido de diferente temperatura es una operacin muy usual en Ingeniera Qumica.El calor puede ser transmitido por cambio de fase, slo cambio de calor sensible de ambos al final se presentarn durante el intercambio transferencia de calor por conduccin y conveccin.Conduccin : Se da cuando existe una gradiente de temperatura en la sustancia, el calor fluye sin que se tenga un movimiento observable de materia. La transferencia de molcula a molcula.Conveccin : Se presenta cuando una corriente partcula macroscpica de fluido cruza una superficie especfica llevando consigo una cantidad de entalpa, tal flujo de entalpa es el flujo convectivo de calor. Solo ocurre cuando se forman corrientes de fluido.

TRANSFERENCIA EN FLUIDOS (CONVECCION).Se puede dar, en un intercambiador de tubos concntricos, flujos a contracorrientes o paralelo; siempre se cumple que la transferencia es:

Vo,Vi : Coef. de transferencia global referido al rea exterior en interior respectivamente (Kcal/m2.hr.C)Ao,Ai : Area externa e interna (m2)MLTD : Diferencia de temperatura media logartmica (C)T2 : diferencia entre las temperaturas en un extremo del intercambiador.T1 : diferencia entre las temperaturas en el otro extremo del intercambiador

COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA.

hi : Coeficiente pelicular de transferencia del fludo interno (agua) en las unidades Ui.ho : Coeficiente pelicular de transferencia del fludo externo (vapor) en las unidades Uo.Rd : Resistencia a la transferencia por incrustaciones en el material (m2.hr.C/Kcal)Normalmente se desprecia Rd, pero se comete mucho error en el clculo.

Clculo de hi

Experimental

q: Flujo de calor intercambiado sin considerar las prdidas del vapor (Calor recibido por el agua) MLTD: Se consideran las temperaturas del fludo (agua) y de la pared interna del tubo en los extermos. hi: Coefic. de transferencia puede ser calculado.

Clculo de hi

Terico

Tw = (TSALIDA + TENTRADA)/2G : Flujo msico de agua por unidad de rea.

Clculo de ho Experimental

q : Flujo de calor.MLTDv : Se consideran temperaturas del vapor y de la pared exterior, en ambos extremos

Clculo de hoTerico

Tf => Temperatura de referencia (C)Tn => Temperatura de vapor condensante (C)Ta => Temperatura de superaficie exterior del tubo (C)

DISEO DE EQUIPOS DE INTERCAMBIO DE CALOREn primer lugar se deben plantear balances de materia y energa, a partir de los cuales se calcula el rea que se requiere para la transmisin de calor. Las magnitudes que es preciso calcular son el coeficiente global de transmisin de calor, el incremento medio de temperatura y en el caso de equipos que operan por ciclos, la duracin de cada ciclo.

Intercambiadores de Doble Tubo Son aparatos de tubos concntricos utilizados para la transferencia de calor. Pueden arreglarse en un paso, dos pasos o ms.Es extremadamente til ya que se puede ensamblar en cualquier taller a partir de partes estndar, proporcionando superficie de calor a bajo costo. La principal desventaja en el uso de intercambiadores de calor de doble tubo es la pequea superficie de transferencia de calor contenido en una horquilla simple.

Intercambiadores de Tubo y Coraza Se utilizan cuando se requieren superficies grandes de transferencia de calor, el equipo de tubo y coraza involucra la expansin de un tubo en un espejo y la formacin de un sello que no fuga bajo condiciones razonables de operacin.Los tubos son construdos de acero, cobre, admiralty, etc. y pueden estar en arreglo de cuadro, triangular, cuadro rotado, etc. Las corazas se fabrican de acero de acuerdo a la presin de trabajo.Algunas veces se coloca deflectores para inducir turbulencia fuera de los tubos, los deflectores hacen que el lquido fluya a travs de la coraza a ngulo recto con el eje del tubo, el aumento de la turbulencia trae consigo un aumento del coeficiente de transferencia de calor.

Intercambiadores de calor

Clculos y Resultados

DATOS EXPERIMENTALESARREGLO PARALELOP=10 psi

P= 20 psi

DATOS EXPERIMENTALESARREGLO CONTRARACORRIENTEP=10 PSI.

ARREGLO PARALELOP=10PSI.P=20PSI.

ARREGLO EN CONTRACORRIENTEP=10 PSI.

hi, ho

ARREGLO PARALELOP=10 PSI.P=20 PSI.

ARREGLO CONTRACORRIENTEP=10 PSI.

Intercambiadores de calor

Observaciones y Conclusiones

ObservacionesEl equipo cuenta con una llave de purga de aire, para evitar el efecto resistivo del aire dentro del equipo.Para registrar los datos de temperatura, se tomaron en cuenta la mnima variacin de temperatura en un determinado tiempo.La presin no se mantena constante y cambiaba de un momento a otro, debido que en el mismo instante de trabajo otro grupo realizaba el laboratorio de evaporadores, los cuales utilizaban la corriente de vapor antes que nosotros.Para realizar los clculos se considera flujos masicos constantes a travs de los tubos y del tiempo.

ConclusionesA medida que aumentamos el caudal de agua fra de entrada y la presin de entrada de vapor aumenta el coeficiente global de transferencia de Calor Uo.El coeficiente global de transferencia de calor Uo depende de muchas variables incluyendo las propiedades fsicas de los fluidos, las velocidades de flujo y las dimensiones del intercambiador.El Uo, hi, ho calculados experimentalmente en contracorriente es menor que en paralelo por lo cual se puede decir que ocurre una mayor transferencia de calor en contracorriente que en paralelo.La nica forma de poder predecir correctamente el coeficiente global es usando adecuadamente las correlaciones para las resistencias individuales del slido y la capas de fluido.

ConclusionesEl factor de incrustamiento juega un papel muy importante en l calculo de las coeficientes tanto globales como peliculares, mientras mayor sea nuestros resultados presentaran un porcentaje de error mayor.En el flujo trmico desde el fluido caliente a la superficie, el calor se transfiere por conveccion y por conduccin a travs del fluido en movimiento.Las temocuplas cumplen una funcin vital en este laboratorio, ya que depender del la veracidad de nuestros clculos.La condensacin tiene lugar a muy diferentes velocidades de transferencia de calor por cualquier de los distintos mecanismos fsicos: en forma de gota y en forma de pelcula. Sin embargo, usualmente puede aparecer una inconfundible pelcula en el tubo a medida que el vapor se condensa en el tubo cubrindolo