intercambiador de calor- seis pasos

8/10/2019 Intercambiador de Calor- Seis Pasos

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UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO

Facultad de Ingeniera

Programa de Ingeniera Qumica

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO- SEIS PASOS

Jhon Ardila, Laura Arias, Hary Jimnez y Claudia Solera

Presentado al profesor Crisstomo Peralta.

Transferencia de calor I. 25 noviembre de 2014

Resumen: En esta experiencia, el objetivo principal era calcular los coeficientes de

transferencia de calor para el sistema vapor (saturado, proveniente de la caldera)-agua de

enfriamiento. Se realizaron cuatro corridas para flujo a contracorriente y cuatro para flujo en

paralelo, en cada corrida se tomaron los datos de caudal y temperaturas de entrada,

intermedia y salida para ambos fluidos.

Palabras claves:Intercambiador de calor, temperatura, vapor, tubos.

INTRODUCCION

Es de vital importancia comprender la necesidad que tienen los intercambiadores de calor en

nuestro medio. Ya que para un ingeniero la parte del diseo de sistemas de transferencia nos

hace una persona de vital importancia cuando se tiene un proceso en donde se quiera calentar

o enfriar fluidos para su posterior uso o para aprovechar su carga calorfica.

Los Intercambiadores de Calor son aparatos que permiten el calentamiento o enfriamiento deun fluido (lquido o gas) por medio de otro fluido gracias a la diferencia de temperatura y

separado por una pared metlica. En la mayora de las industrias qumicas la trasmisin de

calor se efecta por medio de stos intercambiadores de calor, y el ms comn de todos es el

formado por dos tubos concntricos, por uno de los cuales pasa el lquido a enfriar y por otro

se hace circular la corriente refrigerante.

Son diversos los usos que se le pueden acreditar a cada uno de los tipos de intercambiadores

existentes, pero en general, los intercambiadores son usados para recuperar calor entre dos

corrientes en un proceso.

En muchos procesos de la Industria Qumica se necesita trabajar con fluidos a temperaturas

diferentes a la del medio ambiente, por lo cual, se hace necesario emplear equipos tiles para

este fin llamados intercambiadores de calor.

Cuando se instala un intercambiador de calor en un sistema de transferencia calorfica, se

requiere de una cada de temperatura para transferir el calor. El tamao de esta cada de

temperatura puede reducirse utilizando un intercambiador de calor ms grande, aunque esto

incrementar su costo. En un diseo ingenieril es importante tomar en cuenta los aspectos

econmicos y, en un diseo completo de equipo intercambiador de calor, no slo son

importantes las caractersticas de desempeo trmico, tambin lo son las demandas de

potencia de bombeo y la economa del sistema. La funcin de los intercambiadores de calor

adquiere cada vez mayor importancia, a medida que aumenta el inters de los ingenieros por

los aspectos energticos y su deseo de optimizar los diseos no slo en funcin de los anlisis

calorficos y la recuperacin econmica de la inversin, sino tambin en funcin de ladevolucin de energa de un sistema.


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Entre los tipos de intercambiadores ms utilizados en la industria se encuentran los de doble

tubo que consisten en dos juegos de tubos concntricos, dos Tes conectoras, un cabezal deretorno y un codo en U. La tubera interior se soporta en la exterior mediante estopeos y el

fluido entra al tubo interior a travs de una conexin roscada localizada en la parte externa del

intercambiador. Las Tes tienen boquillas o conexiones roscadas que permiten la entrada y

salida del fluido del nulo que cruza una seccin a otra a travs del cabezal de retorno. La

tubera interior se conecta mediante una conexin en U que est generalmente expuesta y

que no proporciona superficie de transferencia de calor. Cuando se arregla en dos pasos se

llama horquilla.

Los intercambiadores de doble tubo encuentran su mayor uso en donde la superficie total de

transferencia requerida es pequea, 100 a 200 pies2o menos. Se pueden construir fcilmente

a partir de materiales estndar, que proporcionan superficies de transferencia de calor a bajo

costo, tiles para los propsitos requeridos.En el presente laboratorio se realizan los balances de transferencia de calor en el lado del tubo

y de la carcasa y se determinaran los coeficientes individuales y totales para cada arreglo

anulo-tubo.

Cuando en la industria se requiere una superficie de transferencia alta, el cambiador de calor

por excelencia ms empleado es el de coraza y tubos, los cuales constituyen la parte ms

importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustin en las plantas de

procesos qumicos.

En general, el intercambiador de coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos

lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza y representan la alternativa a

la necesidad de una gran transferencia de calor.

MARCO TEORICO

Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos

fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen

entre s. En la prctica, los intercambiadores de calor son de uso comn en una amplia

variedad de aplicaciones, desde los sistemas domsticos de calefaccin y acondicionamiento

del aire hasta los procesos qumicos y la produccin de energa en las plantas grandes. Los

intercambiadores de calor difieren de las cmaras de mezclado en el sentido de que no

permiten que se combinen los dos fluidos que intervienen.

En un intercambiador la transferencia de calor suele comprender conveccin en cada fluido y

conduccin a travs de la pared que los separa. En el anlisis de los intercambiadores de calor

resulta conveniente trabajar con un coeficiente total de transferencia de calor U que toma encuenta la contribucin de todos estos efectos sobre dicha transferencia. La razn de la

transferencia de calor entre los dos fluidos en un punto dado a un intercambiador depende de

la magnitud de la diferencia de temperatura local, la cual vara a lo largo de dicho

intercambiador.

Los intercambiadores de calor se fabrican en diversos tipos y, como consecuencia, se inicia

este captulo con su clasificacin. A continuacin, se discute la determinacin del coeficiente

total de transferencia de calor en los intercambiadores y de la diferencia media logartmica de

temperatura (LMTD, logarithmicmean temperature difference) para algunas configuraciones.

En seguida, se introduce el factor de correccin F para tomar en cuenta la desviacin de la

diferencia media de temperatura respecto de la LMTD, en configuraciones complejas.

Despus, se discute el mtodo de efectividad-NTU, el cual permite analizar los

intercambiadores de calor cuando no se conocen las temperaturas de salida de los fluidos. Por

ltimo, se analiza la seleccin de los intercambiadores de calor.


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Las distintas aplicaciones de la transferencia de calor requieren diferentes tipos de

componentes y configuraciones del equipo para dicha transferencia. El intento de acoplar los

accesorios para la transferencia de calor a cada tipo de necesidades, dentro de lasrestricciones especficas, ha conducido a numerosos tipos de diseos innovadores de

intercambiadores de calor.

El tipo ms simple de intercambiador de calor consta de dos tubos concntricos de dimetros

diferentes, como se muestra en la figura 11-1, llamado intercambiador de calor de doble tubo

o tubos concntricos. En un intercambiador de este tipo uno de los fluidos pasa por el tubo

ms pequeo, en tanto que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. En un

intercambiador de calor de doble tubo son posibles dos tipos de disposicin del flujo: en el

flujo paralelo los dos fluidos, el fro y el caliente, entran en el intercambiador por el mismo

extremo y se mueven en la misma direccin. Por otra parte, en el contraflujo los fluidos entran

en el intercambiador por los extremos opuestos y fluyen en direcciones opuestas.

Otro tipo de intercambiador de calor, diseado especficamente para lograr una gran reasuperficial de transferencia de calor por unidad de volumen, es el compacto. La razn entre el

rea superficial de transferencia de calor de un intercambiador y su volumen se llama

densidad de rea . Un intercambiador de calor con > 700 m2/m

3 (o 200 ft

2/ft

3) se clasifica

como compacto. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de

automviles (=1 000 m2/m

3), los intercambiadores de calor de cermica de vidrio de las

turbinas de gas (= 6 000 m2/m

3), el regenerador del motor Stirling (=15 000 m

2/m

3) y el

pulmn humano (=20 000 m2/m

3). Los pasajes a travs de los cuales pasa el flujo en estos

intercambiadores de calor compactos suelen ser pequeos, por lo que se puede considerar el

flujo como laminar. Los intercambiadores compactos permiten lograr razones elevadas de

transferencia de calor entre dos fluidos en un volumen pequeo y son de uso comn en

aplicaciones con limitaciones estrictas con respecto al peso y el volumen de esos aparatos.(1)

Figura 1. Flujo paralelo Figura 2. Flujo contracorriente.

PROCEDIMIENTO.

Esta experiencia consta de dos partes, una trabajando con los flujos en paralelo y la otra

trabajando en contracorriente, el equipo se muestra en la siguiente figura.


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Figura 3. Intercambiador de doble tubo.

Primera parte. Flujo en paralelo.

Para esta primera parte se abren las vlvulas necesarias para dejar pasar el flujo de agua por

los tubos y de vapor por la coraza, se comienza trabajando con los tramos 1 y 5, se mide el

flujo de entrada de agua por medio del rotmetro, se miden las diferentes temperaturas de

entrada y salida tanto para el agua como para el vapor con un termmetro digital, y se mide el

flujo de salida del condensado en la salida con el llenado de un tanque en un determinado

tiempo, se cierran las vlvulas que permiten el paso por el tramo 1, y se dejan abiertas los

tramos 2 y 5 y se realiza el mismo procedimiento anterior, luego se hace lo mismo para los

tramos 3 y 5, y por ltimo los tramos 4 y 5, realizando una corrida para cada tramo.

Segunda parte. Flujo en contracorriente.

Para esta parte de la experiencia se cambia la direccin de flujo con la vlvula para colocarlo

en contracorriente, luego se abren las vlvulas que permiten el paso de agua por la coraza y

vapor por los tubos en los tramos 5 y 1, para as medir flujo de agua con el rotmetro, el flujode salida del condensado, las diferentes temperaturas de entrada y salida tanto para el agua

como para el vapor con un termmetro digital, ya medidos los parmetros anteriores se cierra

la vlvula que permite la entrada al tramo 1 y se dejan abiertos los tramos 2 y 5 para medir los

mismos parmetros anteriormente mencionados, el mismo procedimiento se realiza para los

tramos 3 y 5, 4 y 5, se realiza una corrida para cada tramo de tubera.


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Figura 3. Equipo completo de intercambiador dedoble tubo.

Figura 4. Rotmetro para medir flujo deentrada de agua.

Figura 5. Vlvula para cambiar el flujo de paralelo a

contracorriente.

Figura 6. Termmetro digital para medir

temperaturas de entrada y salida.

ANALISIS Y RESULTADOS.

Para la primera parte de la experiencia, es decir para el flujo en paralelo el caudal de aguamedido con el rotmetro es de 0,59 ft

3/min, el cual permanece constante para toda la

experiencia y los datos tomados se muestran en la siguiente tabla:

tramos de

tubera Te-agua(C) Ts-agua(C) Te-vapor(C) Tcondensado(C) Ts-vapor(C) Qcondensado(ml/s)

TRAMO 1-5 39 46 117 60 64 6

TRAMO 2-5 39 46 114 118 77 6,480558325

TRAMO 3-5 39 47 117 116 50 5,4781

TRAMO 4-5 39 48 119 115 50 5,339

Tabla 1. Datos obtenidos para cada tramo de tubera.


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BLIBLIOGRAFIA.

(1) Cengel de calor.

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