PRESENTACION TP CALOR CEBI VICTOR [Modo de...
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TP INTERCAMBIADOR DE CALOR
(Intercambiador de calor de placas)
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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
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• 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
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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)
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Equipo utilizado
PI
ST
FI TI TI
FCV
FCV
FI TI TI
Intercambiadorde calor deplacasAgua
caliente(80 ºC)
Camisa devapor
Agua fría
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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
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• 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
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• 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
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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.
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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 =∆
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• 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
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• 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
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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
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* 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:
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Estimación teórica del
coeficiente global (U):
Se obtiene hc y hh del a partir del
hchh
11
U
1+= Uteórico
k
2bh Nu =
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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.