Informe_tecnico_agua_aceite.docx

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA LABORATORIO DE METROLOGÍA. NOMBRES: André Cobo-Cristian Quiguango.

NRC: 1571

FECHA: 20 de Agosto del 2016.

INFORME DEL PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA TRANSFERENCIA DE CALOR LA UTILIZACIÓN DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCENTRICOS Y VERIFICACIÓN FUNCIONAL DEL MISMO.

RESUMEN En la ingeniería mecánica es de vital importancia entender el funcionamiento de las máquinas térmicas, las cuales hagan posible la transmisión de potencia térmica para varias aplicaciones industriales. Es por esto que en el área del diseño térmico se han creado varios dispositivos térmicos para realizar varios tipos máquinas térmicas que permiten varios tipos de transferencia de calor, según sea el requerimiento. Pero existen máquinas como los intercambiadores de calor que dependiendo de su diseño y manejo, llegan a ser más eficientes que otros (un ejemplo los intercambiadores de calor de tubos concéntricos). En este tipo de intercambiadores existen dos maneras de utilización, que depende de la dirección de los fluidos, flujo paralelo y en contra flujo. En este informe se ilustra el proceso para la descripción del estado actual del equipo de transferencia de calor TD-36 y en qué forma este trabaja con más eficiencia ya sea en flujo paralelo o en contra flujo. PALABRAS CLAVES Mecánica, máquina térmica, transferencia de calor, flujo paralelo, contra flujo.

1

ABSTRACT In the mechanical engineering is vitally important the operation of thermal machines, the possible transmissions of thermal energy for various industrial applications. That is why in the area of thermal design several thermal devices have been created to make several types of thermal machines that allow various types of heat transfer, depending on the requirement. But there are machines such as heat exchangers that depend on their design and handling, they become more efficient than others (one example, the heat exchangers of the TD-36 condominiums). In this type of exchangers there are two ways of use, which depends on the direction of the fluids, parallel flow and against flow. This report illustrates the process for describing the current state of the heat transfer equipment and how it works with more efficiency and sea flow in parallel flow or counterflow.

KEY WORDS Mechanics, thermal machine, heat transfer, parallel flow, against flow.

1. Introducción 1.1 

Objetivo General. Determinar la transferencia de calor que produce el intercambiador de calor de tubos concéntricos agua – aceite en flujo paralelo y flujo contra corriente.

1.2 

1.3

Objetivos Específico. D.

Importancia del Proyecto.

En la industria ecuatoriana existen diversos campos en los cuales el uso de intercambiadores de calor son de elemental importancia, ya sea tanto como para ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores en máquinas de combustión interna, etc. El laboratorio de diseño térmico de la Universidad de las Fuerzas Armadas- ESPE cuenta con varios intercambiadores de calor de tubos concéntricos, los cuales forman un conjunto valioso para el aprendizaje del diseño térmico. Este proyecto ilustrará un proceso para la medición de la transferencia de calor que un intercambiador de calor agua – aceite perteneciente al laboratorio de diseño térmico.

2. MARCO TEÓRICO 2.1

Intercambiador de calor: Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

2

2.2

Funcionamiento de un intercambiador de calor: Los Intercambiadores de Calor son equipos que permiten el calentamiento o enfriamiento de un fluido (líquido o gas) por medio de otro fluido a diferente temperatura y separado por una pared metálica. Aspectos como: material, área, tipo de fluido, rendimiento, costos, peso y tamaño, caída de presión entre otros, influyen en su diseño y operación. Para el análisis de cualquier intercambiador de calor es esencial la determinación del coeficiente global de transferencia de calor.

2.3

Clasificación de los intercambiadores de calor: Existen varias formas de clasificar a los intercambiadores de calor, sin embargo esta oportunidad serán clasificados según el arreglo del flujo y el tipo de construcción, a continuación se describe brevemente cada uno de ellos.

2.4

Intercambiadores de calor tubo concéntrico: Este tipo de intercambiadores son los más sencillos, por el tubo interno circula uno de los fluidos, mientras que el otro fluido circula por el espacio anular. Dependiendo del sentido del flujo se clasifica en Flujo paralelo, en el que los fluidos caliente y frío ingresan por el mismo extremo, fluyen en la misma dirección y salen por el mismo extremo; y Flujo contracorriente en el que los fluidos entran por extremos opuestos, fluyen en direcciones opuestas y salen por extremos opuestos.

Figura 1.Distribución de temperaturas flujo contracorriente y flujo paralelo

2.5

Intercambiador de tubo y coraza: Este tipo de intercambiadores son los más usados en la industria, están compuestos por varios tubos contenidos en una carcasa o casco. La transferencia de calor se produce a medida que uno de los fluidos se desplaza por el interior de los tubos mientras que el otro se desplaza fuera de éstos, es decir por el casco. Para asegurar que el fluido por el lado de la carcasa fluya a través de los tubos e induzca una mayor transferencia de calor, se colocan, 3

deflectores o placas verticales. Estos intercambiadores difieren según el número de pasos de tubo y de coraza. Es común encontrar intercambiadores de calor de 2, 4, 8, etc. pasos de tubos.

Figura 2. Intercambiador de calor de tubo y coraza

2.6

Definición de palabras clave.



Mecánica: Es una rama de la ingeniería que aplica, específicamente, los principios de la termodinámica, mecánica, mecánica clásica, mecánica cuántica, mecánica de fluidos, análisis estructural, estática, dinámica, ecuación diferencial, trigonometría, ciencia de materiales para el diseño y análisis de diversos elementos usados en la actualidad, tales como maquinaria con diversos fines (térmicos, hidráulicos, transporte, manufactura), así como también de sistemas de ventilación, refrigeración, vehículos motorizados terrestres, aéreos y marítimos, entre otras aplicaciones.



Máquina térmica: es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes.



Transferencia de calor: es el proceso de propagación del calor en distintos medios. La transferencia de calor se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos sistemas con diferentes temperaturas se ponen en contacto.



Flujo paralelo: En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproximan la una a la otra, es decir que uno disminuye su temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos. (http://www.cie.unam.mx)

4



Contra flujo: se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se aproximará a la temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que los otros dos tipos mencionados anteriormente. (http://www.cie.unam.mx)

3. EQUIPOS INSTRUMENTOS Y MATERIALES. 3.1

Equipos

ORD. Denominación

Marca

Procedencia

Intercambiador de calor de 1 tubos anónima Ecuador concéntricos agua – aceite Termómetro 2 anónima Ecuador eléctrico

# Código Serie

Alcance

Apreciación

Estado Observación Físico

S.R

S.R

N/A

1 [gal/min]

Bueno

S/N

S.R

S.R

N/A

N/A

Bueno

S/N

Tabla 1 Equipos utilizados para la elaboración del procedimiento.

Intercambiador de calor de tubos concéntricos agua – aceite 1. Cabezal 2. Tubos 3. Placa de tubos 4. Coraza 5. Toberas 6. Deflectores 7. Cabezal Tabla 2 Partes del proyector de perfiles.

5

3.2

Instrumentos

Termómetro eléctrico 1. 2. 3. 4. Tabla 2 Partes del Termómetro eléctrico.

Reglas de ingeniero 1. Graduación en milímetros 2. Graduación en pulgadas Tabla 3 Partes de la regla de ingeniero

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Micrómetro Garganta Profunda Tope fijo Tope móvil Soporte Cilindro principal Tambor Perilla de ajuste grueso Perilla de ajuste fino

Tabla 4 Micrómetro de garganta profunda

6

3.3 • • • • • •

Materiales. Aceite API. Agua. Mandil. Botas de seguridad. Calculadora. Franela.

Software. 

Microsoft office

4. METODOLOGÍA Para ingresar al laboratorio de metrología de la Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, es necesario utilizar botas y mandil al momento de utilizar los patrones ponerse guantes de látex y estar en completo uso de las facultades mentales y estar siempre alerta con los instrumentos y equipos que se vayan a utilizar.

4.1       

Limpiar el elemento mecánico con una franela sin pelusa. Observar que el plato del microscopio de herramientas y el cristal mate de proyección estén limpios de ser necesario limpiar suavemente con una franela sin pelusa. Verificar el estado físico de las partes del micrómetro de garganta profunda y registrarlos en la tabla 6. Verificar el estado físico de las partes del micrómetro de las galgas y registrarlos en la tabla 4. Verificar el estado físico de las partes de la regla de ingenieros y registrarlos en la tabla 5. Verificar el estado físico de las partes microscopio de herramientas y registrarlos en la tabla. Verificar el estado físico de las partes del proyector de perfiles y registrarlos en la tabla.

4.2   

Inspección visual.

Inspección Técnica

Verificar los componentes mecánicos del proyector de perfiles. Verificar el enfoque del ocular del microscopio de herramientas, la luz y si el usillo está asegurado para empezar la práctica. Verificar que la ampliación del proyector de perfiles sea nítida y correcta.

4.3

Procedimiento para la medición de dimensiones del elemento mecánico.

4.4

Procedimiento para graficar del elemento mecánico en el CAD.

7

5. Registro y análisis de resultados 5.1

Inspección funcional Operador André Cobo

5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Partes Tope fijo Tope móvil Soporte Cilindro principal Tambor Perilla de ajuste grueso Perilla de ajuste fino

Micrómetro de Garganta Profunda Evaluación 1 2 3 4 5 x X

Observaciones Ralladuras Ralladuras graves Ralladuras

X X

Ralladuras X X

Tabla 5 Micrómetro de Exteriores

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Proyector de perfiles Evaluación Observaciones Partes 1 2 3 4 5 Espejo de flexión X Fuente de luz X Cristal mate de proyección x Ralladuras Elemento proyectado X Presenta ralladuras, oxidacion Revolver de objetos x10 x50 X Botones de encendido o pagado X Sujeta papel X Tabla 6 Proyector de perfiles

8

Partes 1. Soporte 2. Superficie 3. Tope

Galgas de radio Evaluación Observaciones 1 2 3 4 5 X X Ralladuras X Tabla 7 Galgas de radio

Partes 1. Graduación en milímetros 2. Graduación en pulgadas

Regla de ingenieros Evaluación Observaciones 1 2 3 4 5 X X Tabla 8 Regla de ingenieros

Partes 1. Transformador rectificador

Microscopio de herramientas Evaluación Observaciones 1 2 3 4 5 X

2. Movimiento transversal

X

3. Movmiento Longitudinal

X

4. Objetico

x

5. Ocular goniométro

X

6. Sentido de la luz - silueta

X

7. Dispositivo de Iluminación con luz Incidente 8. Sentido de la luz - Incidente

X X

Tabla 9 Microscopio de herramientas

9

Operador Cristian Quiguango

Partes 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tope fijo Tope móvil (husillo) Soporte Cilindro principal Tambor Perilla de ajuste grueso Perilla de ajuste fino

Micrómetro de garganta profunda Evaluación 1 2 3 4 5 x X

Observaciones Ralladuras Ralladuras graves Ralladuras

X X X X

Tabla 10 Micrómetro de garganta profunda

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Proyector de perfiles Evaluación Observaciones Partes 1 2 3 4 5 Espejo de flexión X Fuente de luz X Cristal mate de proyección x Ralladuras Elemento proyectado X Presenta ralladuras, oxidación Revolver de objetos x10 x50 X Botones de encendido o pagado X Sujeta papel X Tabla 11 Proyector de perfiles

10

Partes 1. Soporte 2. Superficie 3. Tope

Galgas de radio Evaluación Observaciones 1 2 3 4 5 X X Ralladuras X Tabla 12 Galgas de radio

Partes 1. Graduación en milímetros 2. Graduación en pulgadas

Regla de ingenieros Evaluación Observaciones 1 2 3 4 5 X X Tabla 13 Regla de ingenieros

Partes 1. Transformador rectificador

Microscopio de herramientas Evaluación Observaciones 1 2 3 4 5 X

2. Movimiento transversal

X

3. Movmiento Longitudinal

X

4. Objetico

x

5. Ocular goniométro

X

6. Sentido de la luz - silueta

X

7. Dispositivo de Iluminación con luz Incidente 8. Sentido de la luz - Incidente

X X

Tabla 14 Microscopio de herramientas

5.2

Inspección metrológica

11

5.3

Registro de datos

12

5.4

Grafica del análisis de resultados

6. Conclusiones 6.1

Conclusión general

6.2

Conclusiones técnicas

6.3

Recomendaciones

13

Contenido RESUMEN ...................................................................................................................................... 1 1.

2.

Introducción .......................................................................................................................... 2 1.1

Objetivo General. .......................................................................................................... 2

1.2

Objetivos Específico. ..................................................................................................... 2

1.3

Importancia del Proyecto. ............................................................................................. 2

MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 2 2.6

3.

4.

Definición de palabras clave. ........................................................................................ 4

EQUIPOS INSTRUMENTOS Y MATERIALES. ........................................................................... 5 3.1

Equipos .......................................................................................................................... 5

3.2

Instrumentos ................................................................................................................. 6

3.3

Materiales. .................................................................................................................... 7

METODOLOGÍA...................................................................................................................... 7 4.1

Inspección visual. .......................................................................................................... 7

4.2

Inspección Técnica ........................................................................................................ 7

4.3

Procedimiento para la medición de dimensiones del elemento mecánico. ................. 7

4.4 Procedimiento para la verificación de las dimensiones del elemento mecánico en el proyector de perfiles. ..................................................................Error! Bookmark not defined. 4.5 5.

Procedimiento para graficar del elemento mecánico en el CAD. ................................. 7

Registro y análisis de resultados ........................................................................................... 8 5.1

Inspección funcional...................................................................................................... 8

5.2

Inspección metrológica ............................................................................................... 11

5.3

Registro de datos......................................................................................................... 12

5.4

Grafica del análisis de resultados ................................................................................ 13

1.1.1 6.

Comparación de elementos simétricos ...................Error! Bookmark not defined.

Conclusiones........................................................................................................................ 13 6.1

Conclusión general ...................................................................................................... 13

6.2

Conclusiones técnicas ................................................................................................. 13

6.3

Recomendaciones ....................................................................................................... 13

7.

Anexos ................................................................................................................................. 15

8.

Preguntas planteadas. ......................................................................................................... 16

9.

Bibliografía .......................................................................................................................... 17

14

7. Anexos

15

8. Preguntas planteadas. 

¿Qué recomendaciones daría para empezar a realizar las mediciones en el microscopio de herramientas?

Tomar un eje de referencia fijo a partir de una marca existente en el elemento para la correcta ubicación en la misma. 

¿Qué nos puede decir de las medidas obtenidas en el microscopio de herramientas?

Medidas obtenidas en el microscopio de herramientas de partes del elemento mecánico que deberían ser simétricas nos muestran que en su proceso de elaboración existe un error. 

¿Qué experiencias le dejó la utilización del microscopio de herramientas por dos operadores diferentes?

La medición debe ser realizada por un mismo operador sin interrupciones puesto que la efectividad del proceso se afectada al ajustar el ocular cuya nitidez varía según la visión del operador. 

¿Qué ampliación es la que usa el proyector de perfiles?

El aumento que utiliza el proyector de perfiles es de 10 x. 

¿Qué experiencias le dejó la impresión de los planos generados en Autocad?

Existe un desfase entre los planos si se lo intenta imprimir por separado lo ideal fue imprimirlos en A2 y posteriormente proceder a cortar para el uso en el proyector de perfiles.

16

9. Bibliografía Chile, I. d. (s.f.). Metrología. Tomado de: http://www.herramental.com.mx/patrones-para-calibre-de-alambre-serie-950/ Tomado de: http://www.starrett.com.ar/produtodetalhe.asp?prodnome=Calibre-paraAlambres-Patron-Americano---Templado-N281&cat=1&linha=69&subdiv=30&subsubdiv=2&codprod=187 Zeiss Jena. Manual Proyector medidor mp 320.

Firmas de Responsabilidad

--------------------------------------------

--------------------------------------------

André Alexander Cobo Cortez

Cristian Paul Quiguango Arcos

17