Transferencia de Calor en Intercambiadores de Calor

 

TRANSFERENCIA DE CALOR EN INTERCAMBIADORES DE CALOR

INFORME DE LABORATORIO N°5

ASIGNATURA: OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR DOCENTE: PH.D. LINA MARCELA AGUDELO AGUDELO LAVERDE

GIOVANNY RINCÓN ANDRADE  JAVIER  JAVIER DURLEY CEBALL CEBALLOS OS RUANO

PROGRAMA  DE  IINGENIERÍA  DE  A ALIMENTOS FACULTAD  DE  C CIENCIAS  A AGROINDUSTRIALES UNIVERSIDAD  DEL  Q QUINDÍO

 

ARMENIA, QUINDÍO 1 ! "5 ! #"1$ OBJETIVO Determinar experimentalmente el coefciente de global de transerencia de calor (U) para el enriamiento de agua en un intercambiador con el ujo u jo de u uid idos os en co-co co-corr rrie iente nte y co cont ntrara- corr corrie ient nte. e. Los Los res esul ulta tado doss obtenidos se compararán con los alores calculados por correlaciones y con los alores te!ricos.

INTRODUCCIÓN "n los los di disp spos osit iti ios os ll llam amad ados os in inte terrcamb cambia iado dorres de ca calo lorr #ay #ay un transporte energ$tico desde un uido rio a un uido caliente a tra$s de una pared metálica soporte del sistema. "n tubos generalconc$ntricos los intercambiadores simples consisten% en su sencillo par de en cuyo interior circulan los dos uidos (& (&ig. ig. ') F%&. 1 ' "suema de un intercambiador de doble tubo.

La circula circulaci! ci!n n del uido uido ue se present presenta a en los tubos conc conc$nt $ntric ricos os puede ser la misma direcci!n o en direcciones opuestas. "l #ec#o de ut util ili iar ar un dete determ rmin inad ado o ti tipo po de apar aparat ato% o% co con n una una geom geomet etr* r*a a má máss o menos complicada está en unci!n de la cantidad de calor puesto en  juego. +uesto ue el calor debe atraesar una superfcie ue separa y contiene a los dos uidos% cuanto más eleada sea la cantidad de calor transportada% mayor será la superfcie necesaria com,n a ambos uidos (uo% aroto% /0'1). Los intercambiadores de tubos conc$ntricos se utilian principalmente para intercambios de calor ue no reuieren áreas demasiado grandes. "nercam uj ujo o biador contra con tracor corrie riente nte orece orecen una efcie efcienci ncia t$rmic mica a máx máxima ima% % los int inter cambia dores es en cua cuanto nto su ncosto cos to es menor men ora t$r para cons constru truirl irlos% os% se

 

utilian principalmente con productos agroalimentarios (ar*n% 2uille% /0'1). 3ajo la denominaci!n general de intercambiadores de calor se engloba a todos auellos dispositios utiliados para transerir energ*a de un medio a otro% siendo los ue transferen energ*a calor*fca entre uidos por cond co nduc ucci ci!n !n y co con nec ecci ci!n !n los los ue ue per permi mite ten n un mayo mayorr n,me n,merro de aplicaciones t$cnicas en la ingenier*a. De manera general los intercambiadores se clasifcan en dos grandes grupos dependiendo de la orientaci!n relatia de la direcci!n de las dos corrrien co riente tess u uid idas as44 in inte terrcamb cambia iado dorr de u ujo joss cru cruad ados os cu cuan ando do las corrientes de los uidos se cruan entre s* en el espacio (normalmente en ángulosrectos) e intercambiadores de calor de ujos paralelos cuando las dos corrientes se mueen en direcciones paralelas (2arc*a% (2arc*a% '556). F%&. # ' Distribuci!n de 7emperatura en un intercambiador de tubos conc$ntricos con ujos en co-corriente. co -corriente.

F%&. ( ' Distribuci!n de temperatura en un intercambiador de tubos conc$ntricos con ujo en contra-corriente.

MATERIALES Y M)TODOS

 

MATERIAL Y EQUIPOS Intercambiador de calor de tubos concéntricos. Estufa eléctrica. Termmetro de !un"n. #ronometro $uantes térmicos Olla con a%ua caliente &ureta de '((ml

E*+-/ 0- O-2/3%4

 

OBSERVAR Flujo en cocorri ULlenar bicarE Lereunnteel reci romomando recipi ecipipiente pando ienteente vaconcitem debajo deddaperatura RESQUEMA ecog ecoger agua #rinteae desuvaci salioagua a bajo ddelddeelurae la la canilla t temperat $ eterm etermideinar n arla lposici aosici temperatura e m oonperatura de p n !" $ eterm etermiintercambiador inar n ar el #lujou jo volumetri volum etriccoo ddee agua a gua #r#riia %ue %u e entr e ntrara ara al R egis egistrtrarsasalar leliddaatiempo%ue ededelmlpo%ue seodemora dem ora # l u i d o #ri ( alentar e ntar agua inntercambiador tercam biador bureta bureta &''ml &''m l" $,o,oner eterm etermi verter vert )asta inar nel*'+( enaragua lient aetem tnaremperatura l adel breta nte cuidadosam cuidadosa de entrada entrbiador adam ente en el nererreci piente ptan%ue ecalivaci vaperatura cideeente ol inntercambiador debajo detercam bajo R ecog ecogerer eldelagua#luidcalio calente e nteientede saliddaa R egistderarr ar laelposici titiempo esici m poono n%%ue-ue tarda en po ( alcule el regi caudal caudastrado l volumetr volumsu ./.etri/ iccode ode s tr ado R egist egistrarvaciarse rar ./ de el tan%ue en#riamiento0 aguaa caliente agu e nte 8ealia ealiarr el mismo mismo proce procedim dimien iento to descri descrito to para ujo ujo en co-c co-corr orrien iente te ubicando la manguera de agua r*a en la posici!n (/) del intercambiador. intercambiador.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN T/67/ N.1 - Dimensiones del 9ntercambiador :cero-;obre (aana) T68 I9-28

T68 E9-28

 

0%0// rii m 0%0/> rei m L8&%90 ; COBRE COBRE

D%% D-%

0%0'' m 0%0'< m

Die Dee

0%0/ CG@CgA  

/%=5Fx'0-= m1@s A%% C%23-2-3%/  0%06>1 m@s 8e /=F0%=F (7urb.) 1%F55 Iu '>%1=' P2  %9-28 =1'%0'' ?@m/A  FLUIDO FRÍO Cg@m1 C/E 0%60>0 ?@mA   -1  0%=F>1x'0 ;p 6%=< ?@m/A   -9-28 T/67/ N.> ! Datos reueridos para el cálculo de U i por correlaciones del 9ntercambiador A3-28'A3-28 (7arde) a 3892/'3822%-9-. FLUIDO CALIENTE >,5°C@

 

 

550%1F Cg@m1 0%60'6 CG@CgA  

H /%60%0/F / ='5%F=1 ?@m A   %9-28 FLUIDO FRÍO 0'x'0-0>%'%=6/(6Lam.) I /0%FF ?@m A   P2

 

T/67/ N.$ ! Datos reueridos para el cálculo de U i por correlaciones del 9ntercambiador A3-28'C862- (aana) a 3892/'3822%-9-.  

FLUIDO CALIENTE ,"( #  U 82 C822-7/3%8-* Ui 11>,$( #  1(,"# #  U T-42%38 (>" ' >55 #  #

  e ob obse serv rva a clar claram amen ente te a si simp mple le vist vista a qu que e lo los s va valo lore res s po por  r  correlaciones para todos los casos fueron muy pequeos. os c#lculos  por correlacio correlaciones nes no son muy precisos, no se tiene en cuenta la /eometr0a de las placas que sustentan los tubos en el interior de la carcasa, esto se 1ace para que los c#lculos no sean tan complicados,  para evitar tener que 1acer cada uno por separado y lue/o inte/rar  (%cCabe, mit1, 22).

 

Para los valores e$perimentales, que dieron muy altos con respecto a los valores te3ricos, cabe resaltar que los posibles errores que se 1an  podido cometer pueden pueden tener su ori/en en la perdida de calor por parte de la carcasa carcasa al ambien ambiente te (&arc (&arc0a, 0a, 224 224). ). A5n as0, se obser observa va que los valor va lores es obt obteni enido dos s de 6i e$ e$pe perim rimen enta talme lmente nte,, par para a coco-cor corrie riente nte,, se acercan bastante a los valores te3ricos, para el caso en contra-corri contra-corriente ente el valor de 6i dio muy alto, principalmente por lo ya mencionado sobre la e!ciencia t"rmica m#$ima. l diseo de este intercambiador tiene muc1as p"rdidas de calor con el e$terior, pues no est# aislado t"rmicamente, lo que podr0a ser un factor  de error e$perimental bastante si/ni!cativo si/ni!cativo en el c#lculo del coe!ciente /lobal de transferencia de calor (%uo7, %aroto, '*).

F%&2/ N.> ! Malores te!ricos de coefcientes de transerencia de calor global para algunos materiales.

  n la teor0a se encuentran valores cercanos al e$perimento reali7ado, m#s m# s no va valo lore res s e$ e$act actos, os, de debi bido do a qu que e en nu nuest estra ra op opera eraci3 ci3n n no se encuen enc uentra tran n est estand andar ari7a i7ado dos s lo los s pu punto ntos s cr0 cr0tic ticos os de op oper eraci aci3n 3n,, lo cu cual al afecta directamente el c#lculo de 6i (%cCabe, mit1, 22).

CONCLUSIONES o

o

Ni bi bien en la lass oper operac acio ione ness unit unitar aria iass por por s* mi mism smas as no res esul ulta tan n partic par ticula ularm rment ente e inter interesa esante ntes% s% su est estudi udio% o% anális análisis is det detall allado ado y adecuada comprensi!n son undamentales para el desarrollo del 9nge 9ngeni nier ero o de :lim :limen ento tos% s% para para la opti optimi mia aci ci!n !n de dell proc proces eso o es imprescindible conocer el uncionamiento unitario de cada uno de sus engranes. +ara el diseo real de un intercambiador de calor se tiene ue tener en cuenta la unci!n ue $l ejerce mediante un análisis de

 

transerencia de calor% e esto sto inuye como papel importante para la reducci!n de costos% el peso y% el tamao ue ocupara entro de una planta de procesos. o

o

La dierencia de temperaturas en cada punto del intercambiador constituye la uera impulsora mediante la cual se transfere el calor. "n el inter erccambiado ador los uidos pueden iajar en contracorriente% paralelo% ujo cruado o una combinaci!n de ellas% experimentado ariaciones de temperatura ue no son lineales a lo largo de su recorrido en el intercambiador. :s*% la dierencia de tem empe pera ratu tura ra ent entre los los ui uido doss di die eri rirá rá pu punt nto o a punt punto o en el intercambiador. Los resultados obtenidos son satisactorios% pues si bien presentan errores eidentes% la tendencia se consera y resulta co#erente. :simismo% se satisfcieron los objetios de la práctica% pues más allá de calcular coefcientes de transerencia de calor pudimos entender el uncionamiento de tan importantes euipos.

BIBLIOGRAFÍA •

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uo M.% aroto uo aroto :.% :.% /0'1. /0'1. Epe Eperac racion iones es Uni Unitari tarias as y 8eactor eactores es Ju*micos% Uniersidad Iacional de "ducaci!n a Distancia adrid.  7ema  7ema 1. ar*n G.% 2uillen N.% /0'1. Diseo y ;álculo de 9ntercambiadores de ;alor onoásicos. "dici!n Iobel. adrid% "spaa. +ág. /-1-