Informe Intercambiadores de Calor

INTERCAMBIADORES DE CALOR Sandra Bibiana Mora; Nathaly Luisana Bustos;

Departamento de ingeniería y arquitectura, facultad de Ingeniería Química Transferencia de Calor, Universidad de Pamplona, Pamplona –  Pamplona – Colombia. Colombia. RESUMEN En el siguiente informe experimental, se describen cada uno de los tres intercambiadores de calor (tubos concéntricos, placas y tubos y carcaza), comparando y analizando los resultados  por medio de las gráficas obtenidas a partir de los datos basados en cada experimento, llegando así a identificar cual es el intercambiador de calor que presenta mayor rendimiento y eficiencia a la hora de transferir calor; así mismo se analizaran las características y el diseño de cada uno de ellos. En base a las leyes de la Termodinámica y al cumplimiento de las mismas, se realizaran determinados estudios junto con sus respectivas conclusiones comparando la eficiencia de cada intercambiador de Calor a estudiar. El análisis considera cada uno de los coeficientes de transferencias de calor obtenidos de los tres intercambiadores, a quienes se les varió en flujo de agua fría y se evaluaron en diferentes flujos; paralelo y contracorriente. Palabras Clave: Intercambiador; Termodinámica; Calor; Flujo; Paralelo; Contracorriente. ABSTRACT: In the following report experimental, describes each of the three heat exchangers (concentric tubes, plates and pipes and housing), comparing and analysing the results by means of the graphs obtained from the data based on each experiment, thus arriving to identify which is

INTERCAMBIADOES DE TUBOS CONCENTRICOS Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. Hay dos posibles configuraciones en cuanto a la dirección de los fluidos: a contracorriente y en paralelo. A contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos; en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. A continuación se pueden ver dos imágenes con las dos posibles configuraciones de los fluidos dentro de los tubos. (2) INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS Su diseño está basado en sustituir las superficies tubulares por superficies planas con ciertas rugosidades. Estos intercambiadores pueden desmontarse con facilidad para su limpieza, y tienen poco volumen, aunque su precio es normalmente elevado. INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBO Y CARCASA Están compuestos por una carcasa cilíndrica en cuyo interior se dispone un haz de tubos de  pequeño diámetro, paralelamente al eje del cilindro. Un fluid se hace circular por el interior de los tubos, mientras que el segundo fluido circula por el interior de la carcasa bañando los tubos del haz por su pared exterior. Es un tipo de dispositivo muy frecuente en la industria y se presenta en varios modelos distintos según sus aplicaciones. En los extremos del haz de tubos se disponen los cabezales del intercambiador que, mediante unas placas apropiadamente dispuestas, obligan al fluido que circula por el interior de los tubos a recorrer

Ecuación 1 La diferencia de temperaturas entre los dos fluidos disminuye desde ΔT1 a la entrada hasta ΔT2 a la salida METODO DE LA EFICIENCIA Este método se basa en un parámetro adimensional llamado efectividad de la transferencia de calor definido como:

Ecuación 2 La razón de la transferencia de calor real de un intercambiador de calor se puede determinar con base en un balance de energía en los fluidos caliente y frio y se puede expresar como:

Ecuación 3 En donde Cc=mc*Cpc y Ch=mh*Cph son las razones de capacidad calorífica de los fluidos frio y caliente, respectivamente. Para determinar la razón máxima posible de la transferencia de calor de un intercambiador,

De la ecuación anterior se desprende que el fluido que adquiere ΔTmax, será aquel que tenga la menor capacidad calorífica. Entonces una vez que se conoce la efectividad del intercambiador, se puede determinar la razón de la transferencia de calor a partir de

Ecuación 6 La efectividad de un intercambiador de calor depende de su configuración geométrica así como de la configuración de él. Por lo tanto los diferentes tipos de intercambiadores tienen relaciones diferentes para la efectividad. Por lo común las relaciones de la efectividad de los intercambiadores de calor incluyen el grupo adimensional:

Ecuación 7 Donde U es el coeficiente de transferencia de calor total y As es el área superficial de transferencia del intercambiador. (4) MATERIALES 

Intercambiador de calor de tubos concéntricos



Intercambiador de calor de Placas



Intercambiador de calor de Tubo y Carcasa

1. Intercambiador de Calor de Placas Flujo paralelo Tabla 1.1 (Anexo) Grafica 1.1 (Anexo) 

Flujo Contracorriente Tabla 1.2 (Anexo) Grafica 1.2 (Anexo) 

2. Intercambiador de Calor de Tubos concéntricos Flujo Paralelo Tabla 2.1 (Anexo) Grafica 2.1 (Anexo) 

Flujo Contracorriente Tabla 2.2 (Anexo) Grafica 2.2 (Anexo) 

3. Intercambiador de Calor de Tubo y Carcasa Flujo Paralelo Tabla 3.1 (Anexo) Grafica 3.1 (Anexo) 

Flujo contracorriente Tabla 3.2 (Anexo) Grafica 3.2 (Anexo) 

CONCLUSIONES 

Al concluir los cálculos es notorio que el intercambiador más eficiente resulta ser el de placas. Esto puede explicarse debido a que el tamaño de un intercambiador de  placas es mucho menor al de tubos, y como sabemos el tamaño es un factor muy importante en la relación costo-producción, debido a que cuando se tiene una unidad de mayor tamaño, se puede obtener mayor producción y por lo tanto un proceso más eficiente, la verdad es que se necesita más energía y por lo t anto resulta en un balance negativo para la producción, lo que se traduce en menor tamaño > mayor eficiencia.

BIBLIOGRAFIA:

1. http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211618/EXELARNING/capitulo_6_interca mbiadores_de_calor.html 2. http://www.epsem.upc.edu/intercanviadorsdecalor/castella/tubs_concentrics.html 3. Curso de ingeniería química introducción a los pro cesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte, J. Costa López, S . Cervera March, F. Cunill Gaarcía, S. Esplugas Vidal, C. Mans Teixido, J. Mata Alvarez, editorial reverté, 1984. 4. https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2012/01/clase-deintercambiadores.pdf

ANEXOS Tabla 1.1

Grafica 1.1

Tabla 1.2

Grafica 1.2

Tabla 2.1 Grafica 2.1

Tabla 2.2 Grafica 2.2

Tabla 3.1 Grafica 3.1

Tabla 3.2

Grafica 3.2