Intercambiadores de Calor

 

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA, UNIVERSIDAD INDUSTRIAL INDUSTRIAL DE SANTANDER LA LABORATORIO BORATORIO DE SISTEMAS TÉRMICOS TÉRMICOS GRUPO D1  – SUBGRUPO 4 DIA 6 DE AGOSTO DEL 2020, I SEMESTRE ACADÉMICO DE 2020

INFORME LABORATORIO:  INTERCAMBIADORES DE CALOR  ANDRES CAMILO GIRALDO GIRAL DO RODRIGEZ

DAYANNA CAMILA CHING GUTIERREZ

JHON WILMAR PINTO DÍAZ

2154694

2154701

2162411

RONALD ANDREY PARRA SEPULVEDA

JUAN SEBASTIAN RODRIGUEZ MATEUS

DAVID FERNANDO NIETO GOMEZ

2152045

2165536

2154572

CARLOS ARTURO ORTEGA GOMEZ

MIGUEL ANDRES A NDRES REY CASTRO

2165523

2123048

INTRODUCCIÓN

2.  Determinar qué factores afectan la transferencia de calor en intercambiadores de casco y tubos.

Los intercambiadores de calor son de uso común en una amplia variedad de aplicaciones, desde los sistemas domésticos de calefacción y acontecimiento de aire. En el análisis de los intercambiadores suele comprender convección en cada fluido y conducción a través de la  pared que los separa, en los intercambiadores resulta conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor total (U) que toma en cuenta la contribución de los coeficientes en dicha transferencia de calor. . En el presente informe se expondrá los diferentes métodos de intercambio de calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas, a su vez. se mencionan los tipos de intercambiadoress que se utilizan en dicho proceso. intercambiadore

METODOLOGÍA

OBJETIVO GENERAL

Esta transferencia puede realizarse por contacto directo entre los fluidos o a través de una pared que separa la fuente y el fluido o los fluidos.

Comprender el proceso de la transferencia de calor en intercambiadoress de casco y tubos, además cuales factores intercambiadore intervienen dentro del análisis y pueden afectar dicha transferencia. OBJETIVOS ESPECIFICOS

1.  Conocer los componentes necesarios para el diseño de un intercambiador de coraza y tubos.

 

3.  Establecer correlaciones que permitan interpretar la transferencia de calor en los intercambiadore intercambiadoress de coraza y tubos.

Un equipo de Intercambio de calor es el que transfiere energía térmica desde una fuente o un fluido a alta temperatura hacia un fluido a baja temperatura con ambos fluidos moviéndose a través del aparato.

Mecanismos de transferencia de calor

Se conocen tres modos diferentes de transmisión de calor, los cuales son: conducción, convección y radiación. De acuerdo con la trayectoria que tienen los fluidos que intervienen en el proceso los equipos los intercambiadores pueden clasificarse en: intercambiadores de flujo en paralelo, intercambiadores de flujo en contracorriente, intercambiadores de flujo cruzado de un solo 1

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 paso o intercambiadore intercambiadoress de flujo cruzado de  pasos múltiples múltiples.. Los más comunes son los dos  primeros:

METODO EFECTIVIDAD

Figura. 1. Gráficos de flujo. https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstre https://repositorio.unican.es/x mlui/bitstream/handle/10 am/handle/1090 90 2/13702/407960.pdf?sequence=1

Figura. 3. Método Efectividad.

ANALISIS EN EL INTERCAMBIAD INTE RCAMBIADOR OR DE CALOR

  Múltiples diferencias de temperatura.

•

Análisis Global: METODO (LMTD)

  Una sola diferencia de temperatura.

•

METODO (LMTD)

Figura. XX. Método (LMTD).

METODO EFECTIVIDAD

Figura. 4. Método Efectividad Figura. 2. Método (LMTD). 

 

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INTERCAMBIADOR DE CORAZA Y TUBOS

Con el fin de incrementar el área para la convección relativa al volumen del fluido, es común diseñar intercambiadores con múltiples tubos dentro de un simple intercambiador. Con múltiples tubos es posible arreglar el flujo de manera que una región estará en paralelo y otra región en contracorriente.

Figura. 7. Deflector de disco y corona.

Figura. 5. Intercambiador de calor de coraza y tubos.

Figura. 8. Tipos de arreglos en la tubería.

Figura. 6. Partes del Intercambiador de calor de coraza y tubos. 

COEFICIENTE DE TRANFERENCIA DE CALOR

BAFLES

 = ℎ.....  

Espacio deflectores o bafles: Por lo general no se en espacios mayores al diámetro de las corazas, excede el límite máximo, segunda función que soportar los tubos fallaría haciendo que con la acción tuvo por vibraciones.

 

 = .. . 2/3 . ∅ 

1.  CORRECCION DE BYPASS [Jb]

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Det = Diámetro exterior de los tubos. 2.  CORRECCIÓN POR EL EFECTO DE LA VENTANA [Jc]

Figura. 9. Ecuaciones del factor de corrección por la corriente de bypass [Jb]. [J b].

 NFB = Número de filas entre ppuntas untas de bafle bafles. s.

Figura. 10. Ecuaciones del factor de corrección por el efecto de la ventana [Jb]. 

 NTB = Número de tubos en el bafle.

NTW = Número de tubos en la ventana.

 NTW = Número de tubos en la ventana.

NTT = Número total de tubos.

Sbp = Área de flujo por las corrientes de bypass.

Sm = Área de flujo transversal del casco.

Sm = Área de fluj flujoo transversal de dell casco.

Sw = Área de flujo cruzado a través de la ventana del bafle.

 Ns = Número de plat platinas inas de sellado en el áre áreaa de  bypass  –  se  se coloca una por cada 6 filas. Lbc = Espaciamiento central entre bafles. Ds = Diámetro del casco. Dt = Diámetro de los tubos. Dotl = Diámetro del haz tubos. Lbc = Espaciamiento uniforme entre bafles centrales, a lo largo de todo el haz de tubos.

Swg = Área de flujo que esta sin tubo dentro de la ventana. Swt = Segmento de área de la ventana del bafle ocupada por los tubos Ds = Diámetro del casco. Dt = Diámetro de los tubos. BC = Porcentaje de corte del bafle

DPB = Distancia entre la pared interna del casco y el círculo circunscrito por los tubos externos del haz de tubos = Ds  –  DOTL.  DOTL. DOTL = Diámetro circunscrito por los tubos externos del haz de tubos. P = Paso, que es la dis distancia tancia entr entree dos tubos de una misma columna de tubos y que se encuentran perpendiculares al flujo. Pef = Paso efectivo = P Para arreglos a 30º y 90º Pef = 0,707 Para arreglos a 45º.  

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3.  CORRECCION POR EFECTO DE FUGAS [Jw]=1

5.  CORRECCION POR EL NUMERO DE FILAS CRUZADAS [Jr]=1

Figura. 13. Ecuación del factor de corrección [Jr].

Para Re > 100 

Jr = 1 Para Re < 100  

Jr = Jr 1 + (20  –  Res  Res / 80) [(Jr 1  –   –  1)]  1)]  Nc = (Nb + 1) NFB + (N (Nb b + 2) NFW

Figura. 11. Ecuaciones del factor de corrección por  el efecto de fugas[Jw]. 

Nc = Número total de filas de tubos cruzadas en el intercambiador

Scb = Área de fugas entre casco y bafle.

ANALISIS DE RESULTADOS.

Stb = Área total de fuga entre el tubo y el bafle.

Al analizar los bafles se ve que tienen una  profunda relación relación con la trasferen trasferencia cia de calor en el tipo de intercambiadores de carcasa y tubo. El  propósito principal de este tipo de intercambiadores es que permite un flujo directo de fluido por el lado de la carcasa a lo largos de los tubos, donde esta trasferencia en forma  perpendicular y mejorando la trasferencia de calor.

Sm = Área de flujo cruzado. rlm = Radio de ambas áreas de flujo para flujo cruzado. rs = Radio del área del casco / bafle para la suma de ambas áreas de fuga. 4.  CORRECCION POR LA DIFERENTE SEPARACION DE BAFLES EXTREMOS [Js]=1

Figura. 12. Ecuaciones del factor de corrección por la diferente separación de los bafles extremos [Js].

Lbc = Espaciamiento entre bafles centrales. Lbi = Espaciamiento entre el primer bafle y la entrada del fluido.

Figura 13. Geometría del sistema de los intercambiadores de calor de coraza y tubos.

Lbo = Espaciamiento entre el ultimo bafle y la salida del fluido.  Nb = Número de bafles.

 

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Deposición de los tubos en el intercambiador de calor.

Resultados obtenidos en la práctica. En el siguiente cuadro se van a mostrar los diferentes datos dimensionales de los intercambiadoress de calor. intercambiadore

En la tabla se muestra la comparativa del número de bafles vs Hex Real, esta tabla muestra un comportamiento proporcional entre los bafles y hex real en la cual va aumentando entre más bafles más hex real hay.

  Para el análisis 1 se calculó la trasferencia de calor sin necesidad de determinar un factor de correlación y sin los bafles por lo cual este resultado presente una cantidad considerable de error.

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Datos de los intercambiadores de calor.

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Para eldeanálisis 2 yayselostiene enpor cuenta el   factor correlación bafles el cual entre mayor sea el número de bafles va a haber una mayor trasferencia de calor ya que el flujo en este no va a ser lineal si no trasversal. Datos experimentales de volumen y tiempo.

 

  Cada vez que se aumenta la trasferencia de calor hay que tener en cuenta la caída de  presión.

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CONCLUSIONES

  Se reconocieron los componentes que conforman un intercambiador de calor de coraza y tubos.

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  Se evidenció que a mayor cantidad bafles, la transferencia de calor aumenta de forma  proporcional.

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se aumenta la bafles en   Cuando el intercambiador decantidad calor lade caída de  presión se hace más más grande.

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BIBLIOGRAFÍA

  Concepto Y Medida De La Temperatura. [Consultado: 18 de mayo de 2019]. [En línea]. Disponible en Internet: https://www.hiru.eus/es/fisica/concepto-ymedida-de-latemperatura 

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  Transferencia   Calor Yunus. A. Cengel tercera edición.de

  Diapositivas y material bibliográfico del laboratorio 

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