Intercambiador De Calor.docx

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC DIVISIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA MATERIA: LABORATORIO INTEGRAL IIl

PROFESOR: Dr. FRANCISCO VIDAL CABALLERO DOMÍNGUEZ

PRÁCTICA: “INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBO Y CORAZA EN CONTRACORRIENTE Y EN PARALELO”

INTEGRANTES:    

HERNÁNDEZ VERGARA DIANA ESTEFANY MALDONADO PIRUL GUADALUPE SALVADOR MOYA JORGE MIGUEL RIVERA CASTILLO GERMÁN GRUPO: 4801

INTRODUCCIÓN. El intercambio de calor entre dos fluidos que están a diferentes temperaturas, es un proceso que ocurre en muchas situaciones de la vida cotidiana; Desde los sistemas domésticos de calefacción, hasta la producción de energía en plantas químicas industriales. El dispositivo utilizado para realizar este proceso es conocido como intercambiador de calor y las distintas aplicaciones de la transferencia de calor a nivel industrial implican diseñar una amplia gama de equipos que se adecuen a cada una de las necesidades y requerimientos del os procesos. Con el fin de incrementar el área de contacto para que sedé la transferencia de calor a nivel industrial se diseñan intercambiadores de múltiples tubos configurados en una carcasa conocida como coraza. Este tipo de intercambiadores de calor se conoce como intercambiador de tubo y coraza, y se diferencian de las cámaras de mezclado porque no permite que se combinen los fluidos que intervienen. La razón de transferencia de calor está formada por un aporte convectivo y por la conducción por la conducción a través de las paredes que los separan. Este es el tipo de intercambiador más común a nivel industrial ya que tienen la ventaja de ser compactos y de soportar altas presiones. La transferencia tiene lugar a medida que uno de los fluidos pasa a través de los tubos y el otro a través de la coraza. En la práctica los intercambiadores son de uso común y un ingeniero debe estar en la capacidad de elegir el intercambiador más óptimo para cumplir una función específica, Por tal razón, a través de la presente practica se busca calcular el coeficiente de transferencia de calor global de un intercambiador de tubo y coraza, con flujo en contracorriente y en paralelo en el equipo.

MARCO TEÓRICO. Un intercambiador de calor es un equipo de transferencia de calor utilizado para recuperar calor entre dos corrientes de un proceso. Donde una de las corrientes se enfría y cede calor y la otra se calienta y recibe calor. El calor es recuperado al transferirse desde la corriente a mayor temperatura hacia la corriente de menor temperatura. La transmisión de calor se lleva a cabo mediante los mecanismos de convección y conducción. Las corrientes o fluidos pueden estar separados por una barrera sólida o pueden estar en contacto. También se definen como los 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 sí. No es posible caracterizar los intercambiadores de calor que usan los ingenieros químicos mediante un diseño único; de hecho, existe una gran variedad de estos equipos. Sin embargo, la única característica que es común en la mayor parte de los intercambiadores de calor, es la transferencia de calor desde una fase caliente hasta una fase fría, manteniendo las fases separadas mediante un límite sólido. En la industria el calor es uno de los factores más utilizados, el calor se denomina como la energía en tránsito que se reconoce solo cuando se cruza la frontera de un sistema termodinámico.

Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor como son:

Los intercambiadores de calor son tan importantes y tan ampliamente utilizados en la industria, que su diseño ha experimentado un gran desarrollo, existiendo en la actualidad normas ideadas y aceptadas (como la norma TEMA), especifican con detalle los materiales, métodos de construcción, técnicas de diseño y sus dimensiones. Existen cuatro tipos de configuraciones más comunes en la trayectoria del flujo:  En la distribución de flujo en paralelo (Cocorriente), los fluidos caliente y frío, entran por el mismo extremo del intercambiador, fluyen a través de él en la misma dirección y salen por el otro extremo.

 En la distribución en contracorriente, los fluidos caliente y frío entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas.

En un flujo en contracorriente, la temperatura final del fluido más frío (que es el que se calienta) puede superar la temperatura de salida del fluido más caliente (que se enfría), puesto que existe un gradiente de temperaturas favorable a todo lo largo del intercambiador de calor.  En la distribución en flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.  En la distribución en flujo cruzado de paso múltiple, un fluido se desplaza transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido. El intercambiador de calor de coraza y tubos es el más utilizado en la industria. Está formado por una coraza y por multitud de tubos. Se clasifican por el número de veces que pasa el fluido por la coraza y por el número de veces que pasa el fluido por los tubos.

Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de carcaza o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la carcasa por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la cáscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones 3 más altas que la cáscara del cambiador con un costo mucho más bajo. Las placas de soporte (support plates) también actúan como bafles para dirigir el flujo del líquido dentro de la cáscara hacia adelante y hacia atrás a través de los tubos. Ecuaciones de diseño de un intercambiador de calor. El flujo térmico de calor transferido de un fluido a otro a través de la superficie de transferencia de calor es: 

Q = AU∆Tm

Ecuación 2.1

Siendo: 

 Q : Flujo térmico transferido [W] o [Btu/h].  A: Superficie de transferencia de calor [m2 ] o [pie2 ].  U: Coeficiente global de transferencia de calor [W/m2 °F] o [Btu/hpie2 F].

 ∆Tm: Diferencia media logarítmica de temperatura entre los fluidos [°C] o [°F]. Flujo Térmico Transferido. Se refiere al flujo térmico cedido por el fluido caliente y ganado por el fluido frío. El cálculo correspondiente se hace con las siguientes ecuaciones: 



Q = M C(T1 -T2) 

Ecuación 2.2



Q = m c(t1-t2)

Ecuación 2.3

La ecuación (2.2) se refiere al flujo térmico cedido por el fluido caliente, y la ecuación (2.3) se refiere al flujo térmico ganado por el fluido frío. El significado de las literales en esas ecuaciones es el siguiente:



 M : Gasto másico de fluido caliente [kg/s] o [lb/h].       



m : Gasto másico del fluido frío [kg/s] o [lb/h]. C: Calor especifico del fluido caliente [kJ/kg°C] o [ Btu/Ib°F]. c: Calor especifico del fluido frío [kJ/kg°C] o [ Btu/lb-°F]. T1: Temperatura de entrada del fluido caliente [°C] o [°F]. t1: Temperatura de entrada del fluido frío [°C] o [°F]. T2: Temperatura de salida del fluido caliente [°C] o [°F]. t2: Temperatura de salida del fluido frío [°C] o [°F].

Superficie de Transferencia de Calor. Por medio de la ecuación (2.1) se obtiene 

la superficie de transferencia de calor necesaria para transferir el flujo térmico Q . El diseño térmico tiene como objetivo primordial el de calcular el área de esa superficie. 

A = Q / U∆Tm

Ecuación 2.4

Coeficiente Global de Transferencia de Calor. Este coeficiente complicado de calcular porque deben tomarse en cuenta los mecanismos de convección de cada lado de la pared, así como las condiciones de ensuciamiento y las propiedades de conductividad térmica de los materiales que se usan como superficie de transmisión de calor, como se ilustra en la figura 2.1. Haciendo referencia al lado del fluido caliente, el coeficiente global de transferencia de calor está dado por la ecuación:

Ecuación 2.5

 h1: Coeficiente de convección del lado caliente [W/m2 °C] o [Btu/hpie2 °F].  h2: Coeficiente de convección del lado frío [W/m2 °C] o [Btu/hpie2 °F].  Re1: Resistencia de ensuciamiento del lado caliente [m2°C/W] o [hpie2 °F/Btu].  Re2: Resistencia de ensuciamiento del lado frío [m2 °C/W] o [hpie2 °F/Btu].  k: Conductividad térmica de la pared [W/m°C] o [Btu/hpie-°F].  A1: Superficie de transferencia de calor del lado caliente [m 2 ] o [pie2 ].  A2: Superficie de transferencia de calor del lado frío [m 2 ] o [pie2 ].  Am: Superficie de transferencia de calor media [m2 ] o [pie2 ].  n1: Eficiencia de aletas (si las hay) del lado caliente.  n2: Eficiencia de aletas (si las hay) del lado frío.  1: Espesor de la pared.

Diferencia Media logarítmica de Temperatura entre los Fluidos. La diferencia media logarítmica de temperatura ∆Tm que se requiere para hacer uso de las ecuaciones (2.1) o (2.4), corresponde a la diferencia equivalente promedio de temperaturas entre los fluidos dentro de los equipos de transferencia de calor. La circulación de un fluido con respecto a otro puede ser muy variada, pero siempre resultará como una combinación de tres casos típicos:  Flujos en corrientes paralelas del mismo sentido.

 Flujos en corrientes paralelas en sentido contrario (cortacorriente).

 Flujos en corrientes cruzadas. Efectividad E = Flujo real de calor transferido / Máximo flujo de calor que podría transferirse



q q max

El flujo real de calor transferido en el intercambiador puede calcularse fácilmente mediante balances de energía en los fluidos caliente y frío. Así, para un intercambiador de calor con flujos en paralelo:

Analógicamente, para el de flujos opuestos (contracorriente):

El máximo flujo de calor que podría transferirse en un intercambiador está dado por la expresión:

METODOLOGÍA PARA UTILIZAR EL EQUIPO “HT33 SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER (CONNECTED IN COUNTERCURRENT OPERATION)” Montar el intercambiador de calor requerido. 1.- Conecte el intercambiador de calor HT33 a la unidad de servicio del intercambiador de calor HT30X. 2.- Confirmar la dirección de flujo requerida a través del circuito de agua caliente del intercambiador de calor. 3.- Conecte la entrada de agua caliente del intercambiador de calor (tubo flexible apropiado con collar rojo) al conector de salida de agua fría de liberación rápida (collar azul con la flecha apuntando a la izquierda) en la parte posterior del HTX30X. 4.- Conecte la salida de agua caliente del intercambiador de calor (tubo flexible apropiado con collar rojo) al conector de entrada de agua caliente de liberación rápida en HT30X (collar rojo con la flecha apuntando hacia la derecha) en la posición de HT30X. Preparar el circuito de agua caliente. 5.- Asegúrese de que la válvula de derivación en el circuito de agua caliente esté completamente cerrada (válvula derecha con manija negra a 90 grados con respecto al cuerpo de la válvula). 6.- Asegúrese de que la regulación de la presión del agua fría esté ajustada a la presión mínima. 7.- Abra completamente la válvula de control de flujo de agua fría (válvula izquierda con manija negra en línea con el cuerpo de la válvula). 8.- Ajuste gradualmente el regulador de presión girando la perilla gris en el sentido de las agujas del reloj hasta que se escuche / vea que el agua fría fluye de manera constante a través del tubo flexible del circuito de agua caliente. 9.- Espere hasta que el agua fluya hacia el recipiente de plástico transparente y todas las burbujas de aire hayan sido expulsadas del tubo flexible. Nota: el agua fluirá desde el conector de salida de agua caliente en la parte frontal de HT30X antes de que se complete el cebado. Esto es normal y el agua se drenará en el canal central. 10.- Cuando el sistema se haya cebado, cierre la válvula de control de flujo de agua fría (válvula izquierda con manija negra a 90 grados del cuerpo de la válvula). 11.- Desconecte el tubo flexible (al intercambiador de calor) del conector de salida de agua fría (collar azul con la flecha apuntando a la izquierda) y luego vuelva a conectar el mismo tubo flexible al conector de salida de agua caliente (collar rojo con la flecha apuntando a la izquierda). 12.- Llene el recipiente de plástico transparente con agua limpia hasta el nivel del desbordamiento y luego vuelva a colocar la tapa en el recipiente. 13.- Encienda la bomba de circulación de agua caliente. Todas las burbujas de aire restantes se explicarán a través del recipiente de cebado.

Abra y cierre la válvula de derivación de agua caliente (válvula de mano derecha con mango negro) varias veces hasta que no se vean burbujas de aire viajando a lo largo del tubo flexible. Si el nivel cae por debajo de la altura media en el recipiente de cebado, será necesario rellenar con agua limpia. Ajuste el regulador de presión de agua fría. 14.- Conecte la entrada de agua fría del intercambiador de calor (tubo flexible apropiado con el collar azul) al conector de salida de agua fría (collar azul con la flecha apuntando a la izquierda) en la parte trasera del HT30X, asegurándose de que el flujo de agua se encuentre en la dirección requerida a través del intercambiador. conecte el tubo flexible de agua fría restante del intercambiador de calor a un desagüe adecuado. 15.- Coloque el interruptor selector de flujo en la consola en F la válvula de control de flujo de agua fría por completo (la válvula de la izquierda con el mango negro en línea con el cuerpo), ajuste la perilla gris en el regulador de presión hasta que la pantalla indique 3,00 litros / min. 16.- Presione la perilla gris en el regulador de presión hacia la izquierda para bloquear el ajuste. cierre la válvula de control de flujo de agua fría (válvula izquierda con mango negro a 90 grados del cuerpo de la válvula). El equipo está listo para su uso: 17.-Ajuste la válvula de control de flujo de agua fría para obtener el flujo requerido de agua fría (F fría). No vuelva a ajustar el regulador de presión para variar el flujo de agua fría a través del intercambiador de calor. 18.-Ajuste la válvula de derivación de agua caliente para que el flujo requerido de la válvula de agua caliente se cierre para un flujo máximo (F caliente). 19.-Ajuste el punto de ajuste en el controlador de temperatura para obtener la temperatura de agua caliente requerida. 20.- Abrir el software adecuado para que opere de manera correcta y establecer las condiciones para que empiece a trabajar.

METODOLOGÍA PARA UTILIZAR EL EQUIPO “HT33 SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER (CONNECTED IN COCURRENT OPERATION)”

Configuración del equipo. Antes de continuar con el ejercicio, asegúrese de que el equipo se haya preparado de la siguiente manera:

 Ubique el intercambiador de calor de carcasa y tubos HT33 en la unidad de servicio HT30X y asegúrelo con los accesorios moleteados.  Conecte los cuatro termopares en el intercambiador de calor a los enchufes apropiados en el lado de la consola de control.  Conecte los suministros de agua caliente y fría para proporcionar una operación en paralelo (que fluya en direcciones iguales).  Abrir el software adecuado para que opere de manera correcta y establecer las condiciones para que empiece a trabajar.

HT33 SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER.

HT33 SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER (COCURRENT OPERATION OR COUNTERCURRENT OPERATION).

RESULTADOS. CÁLCULOS PARA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR EN CONTRACORRIENTE:

𝑛𝑜𝑇 = 7 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑑𝑖 = 0.00515 𝑚 𝑑𝑜 = 0.00635 𝑚 𝐿 𝑇 = 0.144 𝑚 𝐴 = 𝜋𝑑𝑚 𝐿 = 𝜋(0.00575 𝑚)(1.008 𝑚) = 0.0182 𝑚2 𝑑𝑚 =

𝑑𝑖 +𝑑𝑜 2

=

0.00635 𝑚 +0.00515 𝑚 2

= 0.00575 𝑚

𝐿 = 𝑛0𝑇 𝐿 𝑇 = (7)(0.144 𝑚) = 1.008 𝑚 𝑄𝑒 (ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟 𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑑 𝑓𝑟𝑜𝑚 ℎ𝑜𝑡 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑 ) = 𝑚̇ ℎ 𝐶𝑝 ℎ ∆𝑇 𝑄𝑎 (ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟 𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑑 𝑓𝑟𝑜𝑚 𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑 ) = 𝑚̇ 𝑐 𝐶𝑝 𝑐 ∆𝑇 𝑄𝑓 = 𝑄𝑒 − 𝑄𝑎 𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑈=

∆𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 −∆𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∆𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 ) ∆𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

𝐿𝑛(

𝑄𝑒 𝐴(𝐿𝑀𝑇𝐷)

𝑞𝑚𝑎𝑥 = (𝑚̇𝐶𝑝 )𝑚𝑖𝑛 (𝑇ℎ 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑇𝑐 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 )

Experimento No.- 1: Con 50 % de fluido de agua caliente, 40 % de fluido de agua fría y 50% de eficiencia de la resistencia.

Agua a 66.5 °C

U=?

66 °C

A = 0.0182 m2 50.1 °C

Agua a 20.3 °C

𝑚̇ 𝑐 = (0.04 𝑚̇ ℎ = (4.8

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

1𝐿

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

𝐶𝑝 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 4.18 𝐶𝑝 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 0.5 𝑄𝑒 = (0.0784

1𝐿

1 𝑚𝑖𝑛

𝑘𝑔

𝑘𝑔

) (60 𝑠𝑒𝑔) (997.1 𝑚3 ) = 6.647 𝑥 10−4 𝑠𝑒𝑔 1 𝑚𝑖𝑛

𝑘𝑔

) (60 𝑠𝑒𝑔) (979.9 𝑚3 ) = 0.0784

𝑘𝑔 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃ 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃ 𝑘𝑔

𝑘𝐽

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (66.5 ℃ − 66 ℃) = 0.1667 𝑘𝑤 𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑎 = (0.0006647

𝑘𝑔

𝑘𝐽

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (50.1 ℃ − 20.3℃) = 0.0827 𝑘𝑤 𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑓 = 0.1667 𝑘𝑤 − 0.0827 𝑘𝑤 = 0.084 𝑘𝑤 𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑈=

16.4 ℃−45.7 ℃ ln(

16.4 ℃ ) 45.7 ℃

0.1667 𝑘𝑤 0.0182 𝑚2 (28.59 ℃)

= 28.59 ℃

= 0.3204

𝑞𝑚𝑎𝑥 = (6.647 𝑥 10−4

𝑘𝑤 𝑚2 ℃

𝑘𝑔 𝑘𝐽 ) (0.5 ) (66.5 ℃ − 50.1 ℃) = 0.00545 𝑘𝑤 𝑠𝑒𝑔 𝑘𝑔 ℃

Experimento No.- 2: Con 50 % de fluido de agua caliente, 100 % de fluido de agua fría y 40 % de eficiencia de la resistencia.

Agua a 53.2 °C

U=?

50.7 °C

A = 0.0182 m2 28.4 °C

Agua a 20.1 °C

𝑚̇ 𝑐 = (1.25 𝑚̇ ℎ = (4.7

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

𝐶𝑝 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 4.18 𝐶𝑝 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 0.5 𝑄𝑒 = (0.078

1𝐿

𝑘𝑔

𝑘𝑔

1 𝑚𝑖𝑛

𝑘𝑔

𝑘𝑔

) (60 𝑠𝑒𝑔) (987.1 𝑚3 ) = 0.078 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃ 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃

𝑘𝑔 𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑎 = (0.0208

1𝐿

1 𝑚𝑖𝑛

) (60 𝑠𝑒𝑔) (997 𝑚3) = 0.0208 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝐽

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (53.2℃ − 50.7 ℃) = 0.815 𝑘𝑤

𝑘𝑔

𝑘𝐽

𝑠𝑒𝑔

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (28.4 ℃ − 20.1℃) = 0.722 𝑘𝑤

𝑄𝑓 = 0.815 𝑘𝑤 − 0.722 𝑘𝑤 = 0.093 𝑘𝑤 𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑈=

24.8℃−30.6℃ ln(

24.8 ℃ ) 30.6 ℃

0.815𝑘𝑤 0.0182 𝑚2 (27.59 ℃)

𝑞𝑚𝑎𝑥 = (0.0208

𝑘𝑔

= 28.59 ℃ = 1.623

) (0.5 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝑤 𝑚2 ℃

𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃

) (53.2℃ − 28.4 ℃) = 0.258 𝑘𝑤

Experimento No.-3: Con 50 % de fluido de agua caliente, 100 % de fluido de agua fría y 30 % de eficiencia de la resistencia.

Agua a 41.9 °C

U=

40.3 °C

A= 25.3 °C

Agua a 20.1 °C

𝑚̇ 𝑐 = (1.12 𝑚̇ ℎ = (4.5

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

1𝐿

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

𝐶𝑝 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 4.18 𝐶𝑝 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 0.5

1𝐿

1 𝑚𝑖𝑛

𝑘𝑔

𝑘𝑔

) (60 𝑠𝑒𝑔) (997.6 𝑚3 ) = 0.0186 𝑠𝑒𝑔 1 𝑚𝑖𝑛

𝑘𝑔

𝑘𝑔

) (60 𝑠𝑒𝑔) (991.8 𝑚3 ) = 0.0743 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃ 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃ 𝑘𝑔

𝑘𝐽

𝑄𝑒 = (0.0743

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑎 = (0.0186

𝑠𝑒𝑔

𝑘𝑔

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (41.9℃ − 40.3 ℃) = 0.497 𝑘𝑤 𝑘𝐽

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (25.3 ℃ − 20.1℃) = 0.405 𝑘𝑤

𝑄𝑓 = 0.497𝑘𝑤 − 0.405𝑘𝑤 = 0.092 𝑘𝑤 𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑈=

16.6 ℃−20.2 ℃ ln(

16.6℃ ) 20.2℃

0.497𝑘𝑤 0.0182 𝑚2 (18.34 ℃)

𝑞𝑚𝑎𝑥 = (0.0186

𝑘𝑔

= 18.34 ℃ = 1.4889

) (0.5 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃

𝑘𝑤 𝑚2 ℃

) (41.9℃ − 25.3 ℃) = 0.1543 𝑘𝑤

RESULTADOS: N° experimento 1 2 3

LMTD(°C) 𝑸𝒆 (𝒌𝒘) 𝑸𝒂 (𝒌𝒘) 𝑸𝒇 (𝒌𝒘) A(𝒎𝟐 ) U( 𝒌𝒘 ) 𝒒𝒎𝒂𝒙 (𝒌𝒘) 𝒎𝟐 ℃ 28.59 0.1667 0.0827 0.084 0.0182 0.3304 0.00545 0.258 27.59 0.815 0.722 0.093 0.0182 1.623 18.34 0.497 0.405 0.092 0.0182 1.4889 0.1543

Tablas obtenidas del Sofware.

RESULTADOS. CÁLCULOS PARA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR EN PARALELO: Experimento No.-1: Con 40 % de fluido de agua caliente, 60% de fluido de agua fría y 50 % de eficiencia de la resistencia.

Agua a 58.7 °C

U=?

61.7 °C

A = 0.0182 m2 Agua a

21.7 °C

33.4 °C

𝑚̇ 𝑐 = (0.82 𝑚̇ ℎ = (3.1

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

0.001 𝑚3

𝐿

)( 𝑚𝑖𝑛

𝐶𝑝 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 0.5

𝑄𝑎 = (0.014

1𝐿

𝑘𝑔

𝑘𝑔

1 𝑚𝑖𝑛

𝑘𝑔

𝑘𝑔

) (60 𝑠𝑒𝑔) (983.1 𝑚3 ) = 0.051 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝐽

𝐶𝑝 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 4.18

𝑄𝑒 = (0.051

1𝐿

1 𝑚𝑖𝑛

) (60 𝑠𝑒𝑔) (996.4 𝑚3 ) = 0.014 𝑠𝑒𝑔

𝑘𝑔 ℃ 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃

𝑘𝑔

𝑘𝐽

𝑘𝑔

𝑘𝐽

) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (61.7℃ − 58.7℃) = 0.640𝑘𝑤 𝑠𝑒𝑔 ) (4.18 𝑘𝑔 ℃) (33.4 ℃ − 21.7℃) = 0.665 𝑘𝑤 𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑓 = 0.627 𝑘𝑤 − 0.665𝑘𝑤 = −0.025 𝑘𝑤 𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑈=

40℃−25.3℃ ln(

40 ℃ ) 25.3 ℃

= 32.09 ℃

0.640𝑘𝑤 0.0182 𝑚2 (32.09 ℃)

𝑞𝑚𝑎𝑥 = (0.014) (0.5

= 1.09582 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℃

𝑘𝑤 𝑚2 ℃

) (61.7℃ − 33.4 ℃) = 0.1981 𝑘𝑤

RESULTADOS: N° experimento LMTD(°C) 𝑸𝒆 (𝒌𝒘) 𝑸𝒂 (𝒌𝒘) 𝑸𝒇 (𝒌𝒘) A(𝒎𝟐 ) U( 1

32.09

0.640

0.665

-0.025

𝒌𝒘

) 𝒒𝒎𝒂𝒙 (𝒌𝒘) 0.0182 1.09582 0.1981 𝒎𝟐 ℃

Tablas obtenidas del Sofware.

CONCLUSIONES.  Se puede observar claramente en las tablas que el calor cedido por el fluido caliente debe ser igual al calor absorbido por el fluido frio y en los cálculos realizados con los datos obtenidos experimentalmente se observa claramente que los valores de calor que cede el fluido caliente es diferente que el recibido por el fluido frio. Por lo tanto, no se cumple la siguiente relación:

𝑚̇ 𝑐 𝐶𝑝𝑐 ∆𝑇 = −𝑚̇ℎ 𝐶𝑝ℎ ∆𝑇 









 

Obtuvimos diferentes coeficientes de transferencia de calor globales del intercambiador, ocurre ya que se encuentran sometidos a varias condiciones de operación, todos ellos salen diferentes. La diferencia existente entre los intercambiadores de flujo paralelo y contracorriente, es principalmente su gradiente de temperatura con el paso de los fluidos por su interior. Se determinó, después de hacer el estudio por medio de la herramienta del software de los equipos, tomando los datos de cómo variaban las temperaturas con respecto al tiempo cuando se aumentaba o disminuía el caudal del fluido frio Qc hasta los límites definidos en la experiencia; que el tiempo de estabilización de las temperaturas en los tramos de tubería de los intercambiadores de calor es de 40 – 50 seg, pero a lo largo del proceso de hicieron las lecturas en intervalos de tiempo de 1min 20 seg. Aprox. En primera instancia se utilizó el intercambiador de calor en sentido contra corriente, al entrar en contacto con el fluido le transfiere energía en forma de calor, por esta razón también se aprecia que el fluido frio aumenta su temperatura a medida que avanza en los puntos de medición. El fluido recibe el calor que le transfiere el fluido caliente a través del tubo, se observa que el fluido caliente disminuye en el sentido de la medición, y la temperatura del frio aumenta en el mismo sentido. También se puede concluir que el intercambio de calor no es completo, ya que el fluido frio no alcanza la temperatura del fluido caliente a la salida. En el intercambio de calor de carcasa y tubos, se puede calentar una corriente de fluido frío por contacto indirecto con otra corriente de fluido a una temperatura más alta (las corrientes de fluido comienzan separadas por una pared que conduce el calor). Esta transferencia de calor da como resultado un enfriamiento del fluido caliente.

BIBLIOGRAFÍA (FORMATO APA).

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